分布式光伏運維平臺在公益場館屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用分析

未曉妃

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：2021年9月，發(fā)改委印發(fā)烷善能源消費強度和總量雙控制度方案》，提出鼓勵可再*能源的使用，支持可再*能源發(fā)展。在這樣的政策推動下，光伏發(fā)電市場無疑將迎來高質(zhì)量發(fā)展的新機遇?，F(xiàn)結(jié)合山東博物館光伏電站日常管理的工作經(jīng)驗以及其他項目的調(diào)研情況，剖析電站運維過程中的幾點突出問題并給予解決建議，希望能提升電站運營質(zhì)量，推動我國太陽能發(fā)電事業(yè)健康發(fā)展。

關(guān)鍵詞：文化公益場館；分布式光伏；并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)；運維管理

0、引言

2021年9月，發(fā)改委印發(fā)了《完善能源消費強度和總量雙控制度方案》，提出到2035年，能源資源優(yōu)化配置、節(jié)約制度將更加成熟和定型?！渡綎|省能源發(fā)展“十四五”規(guī)劃》明確提出，“十四五”期間，山東省將實施可再*能源倍增行動，推進工業(yè)廠房、商業(yè)樓宇、公共建筑、居民住宅等屋頂光伏建設(shè)，優(yōu)先發(fā)展“自發(fā)自用”分布式光伏。在這樣的政策推動下，光伏發(fā)電市場將迎來高質(zhì)量發(fā)展的新機遇。

山東博物館太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)位于博物館頂層，實施區(qū)域面積約7000m2，光伏矩陣采用標準功率為180Wp的多晶硅光伏組件，共計39組2500塊，總裝機容量429kWp。項目于2010年7月建成投入使用，截至目前已持續(xù)運行11年。結(jié)合電站日常管理的工作經(jīng)驗以及其他項目的調(diào)研情況，本文將探討光伏電站日常運維過程中需要注意的幾點問題，為完善文化公益場館光伏發(fā)電運營體系助力。

1、并網(wǎng)光伏電站運維過程中的突出問題

1.1設(shè)計缺乏統(tǒng)籌性、前瞻性

在分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)現(xiàn)有水平的基礎(chǔ)上，設(shè)計時應(yīng)綜合考慮方案實施的實際條件，如硬件設(shè)施、工作環(huán)境等，以發(fā)展的眼光規(guī)劃電站建設(shè)，既方便日常維護管理，又具備接駁未來先進技術(shù)的能力。在山東博物館逆變器工作的11年內(nèi)，除日常維護外，機房內(nèi)的設(shè)備工作正常，室外則已大修兩次。事實證明，逆變器根據(jù)太陽能電池板的單元劃分散布在場區(qū)內(nèi)，位置設(shè)計不合理將給人員日常巡檢帶來不便；室外環(huán)境惡劣，風沙、灰塵、水汽等容易進入逆變器，如不采取防護措施，容易引發(fā)內(nèi)部電路故障；設(shè)備選型更換不匹配、不兼容，會影響系統(tǒng)發(fā)電效率，給電網(wǎng)的安全與穩(wěn)定運行帶來隱患。

1.2生產(chǎn)和技術(shù)服務(wù)水平參差不齊

現(xiàn)階段，我國太陽能光伏發(fā)電已經(jīng)步入商業(yè)化應(yīng)用階段。光伏產(chǎn)品生產(chǎn)方面，市場供應(yīng)商良莠不齊，產(chǎn)品質(zhì)量波動大；技術(shù)服務(wù)方面，運維單位綜合實力薄弱，人員的技能水平參差不齊，*終導致光伏電站在運維管理中暴露出各種各樣的問題。光伏電站建設(shè)初期，方案設(shè)計疏忽、設(shè)備質(zhì)量缺陷、施工質(zhì)量差等問題給電站的后期運維帶來嚴峻挑戰(zhàn)；日常管理中，電站工程師對于光伏產(chǎn)業(yè)了解不細致，職業(yè)素養(yǎng)低下，實操經(jīng)驗匱乏，電站時常因操作不當而引發(fā)技術(shù)故障，或者因監(jiān)測不到位而無法準確判斷并消*故障，影響光伏發(fā)電系統(tǒng)的正常運行。

1.3業(yè)主和維保單位權(quán)責劃分不清、管理混亂

良好的運維管理制度是保證電站穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)，扎實地執(zhí)行制度則是電站正常運行的可靠保障。光伏電站運維管理制度，主要是明確電站在運行維保方面的管理細節(jié)，明確業(yè)主和維保單位在電站管理中的工作職責和處理權(quán)限。但是，當前光伏電站運行管理中確實存在權(quán)責不清、管理混亂的現(xiàn)象：單位部門間的管理界面模糊不清甚至留有管理空白，制度權(quán)責不完善、不明晰，導致業(yè)主和維保雙方產(chǎn)生消極怠工的態(tài)度，在電站運行、數(shù)據(jù)管理和維護保養(yǎng)等方面相互扯皮；有的電站雖然制定了較為完善的運維管理制度，但在人員落實方面存在缺位錯位，懶散現(xiàn)象時有發(fā)生。

1.4資產(chǎn)激勵策略不健全

長期以來，國有資產(chǎn)的管理研究習慣側(cè)重于資產(chǎn)顯性的投資收益，而隱性的、內(nèi)在的資產(chǎn)收益研究一直未引起足夠的重視?？稍?能源開發(fā)利用作為科室的主管經(jīng)費項目，在單位主體申報財政預算時，往往被納入整體運行經(jīng)費中，沒有體現(xiàn)其突出的重要性，導致資產(chǎn)管理經(jīng)常出現(xiàn)諸如績效考核目標不清晰、重使用輕管理、經(jīng)費被擠占、產(chǎn)出效益不高等現(xiàn)象。針對以營利為目的的光伏電站，人們從投資者的角度完成了其運作模式、管理機制、政策支持等投資策略的全過程研究，而“自產(chǎn)自用”模式下潛在的能源節(jié)約，也應(yīng)當及時撥付運維資金，積極探索可持續(xù)發(fā)展的資產(chǎn)激勵策略。

2、并網(wǎng)光伏電站運維管理建議

2.1優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計方案

文化場館設(shè)施平層面積大，屋面無遮擋，平面鋪開優(yōu)勢明顯，適合釆用屋頂分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)。新建場館建筑與光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)統(tǒng)一規(guī)劃設(shè)計，建筑外型協(xié)調(diào)美觀、供用電系統(tǒng)安全可靠；在既有建筑物上實施光伏建筑附加（BAPV）工程時也要綜合考慮結(jié)構(gòu)改造和電氣安全性。

根據(jù)光伏電站的實際工況，太陽能機房宜設(shè)置在建筑屋頂或頂層，控制設(shè)備集中管理，優(yōu)化線路敷設(shè)方案，降低線路能耗，減少故障點。

逆變器作為光伏發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，其內(nèi)部有電容、顯示屏等電子元件，不耐高溫，宜集中安裝于屋面或頂層的機房內(nèi)，遮陰避雨、防塵防濕、通風散熱良好；安裝位置兼顧網(wǎng)點、組件兩者的距離，靠近網(wǎng)點則節(jié)約投資成本，靠近組件則電纜損耗低、施工方便。電池方陣的支架基座多采用現(xiàn)澆混凝土方式建設(shè)，澆筑過程中，建議添加適量的防水混合劑到混凝土內(nèi)，與屋面防水系統(tǒng)共同設(shè)計、集中施工，杜絕出現(xiàn)屋面雨水滲漏問題。

2.2選擇質(zhì)優(yōu)價廉的光伏產(chǎn)品和技術(shù)服務(wù)

經(jīng)過十多年的發(fā)展，我國光伏制造業(yè)已實現(xiàn)本土化生產(chǎn)，產(chǎn)業(yè)化技術(shù)水平和體系建設(shè)達到了世界水平，多晶硅材料、電池板組件、逆變器等生產(chǎn)成本下降明顯。巨大的市場發(fā)展前景也引發(fā)了行業(yè)思考：如何甄別眾多光伏產(chǎn)品的良莠，保證電站運營的壽命與品質(zhì)。

光伏電站的全壽命周期長達二十余年，關(guān)鍵設(shè)備的品牌選擇和技術(shù)服務(wù)是決定電站收益的關(guān)鍵因素。由于技術(shù)的排他性，買方單位應(yīng)慎重選擇品牌，以明確的標準對龐大的光伏市場進行篩選，綜合考察品牌影響力、科研實力和企業(yè)發(fā)展?jié)摿Φ龋x擇合作意向目標。以市場導向為主線，兼顧成本控制和性能提升，優(yōu)先選擇擁有強大技術(shù)支撐和研發(fā)投入，在產(chǎn)品質(zhì)量上不斷提高的品牌企業(yè)作為長期戰(zhàn)略合作伙伴。

影響分布式光伏電站發(fā)電量的關(guān)鍵因素是系統(tǒng)效率，系統(tǒng)組件的選擇或更換要遵循規(guī)范要求，以逆變器為單元劃分子系統(tǒng)，接入系統(tǒng)的組件電性能參數(shù)要盡可能一致。對于太陽能電池板之類的核心產(chǎn)品要注重光電轉(zhuǎn)換效率，而對于質(zhì)量技術(shù)相對成熟的逆變器、變壓器、匯流箱、線纜等設(shè)備，在滿足設(shè)計參數(shù)的范圍內(nèi)優(yōu)先選擇性價比高的產(chǎn)品。

2.3制定詳實可行的管理方案并執(zhí)行

文化單位要定期組織學家新能源相關(guān)政策，緊跟光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展步伐，制定符合自身場館特點的運行、維護和檢修等中長期規(guī)劃，做好電站營運管理工作。

制定詳實可行的管理方案，根本任務(wù)是保持國有資產(chǎn)的安全完整，不僅要重視約束維保單位，確保運維質(zhì)量，更要明確產(chǎn)權(quán)單位自身的責任和義務(wù)，強化職員監(jiān)督管理的積極性和責任心。對于電站的整體管理與維護，近十年相繼出臺了多項標準規(guī)范，細化巡檢周期、維護規(guī)則，規(guī)范電站信息化管理。

光伏電站的正常運行，定期維護工作。維保單位要分析電站服役工況，檢查設(shè)備是否帶病運轉(zhuǎn)，準確查找故障原因，判定故障點位。要留意匯流箱、配電柜等箱體內(nèi)是否有積塵雜物、觸點松動等，檢查線纜老化問題，掌握電池板熱斑現(xiàn)象及逆變器元器件工作情況。在進行維護與管理的同時，注意記錄電站的實時運行數(shù)據(jù)，如天氣條件、發(fā)電時間、發(fā)電量、負荷情況、設(shè)備不良故障等。詳實可靠的運維記錄是判定系統(tǒng)工作是否正常的基本依據(jù)，有助于系統(tǒng)故障預判，從而及時制訂處理預案。

2.4完善資產(chǎn)激勵和效能評價體系

目前，我國對公共建筑能效提升的激勵手段主要為財政補貼兇。“十四五”期間，光伏發(fā)電將實現(xiàn)無補貼平價上網(wǎng)，相應(yīng)的財政補貼政策陸續(xù)停止，公共建筑節(jié)能降耗將面臨著激勵不足等問題。如何讓光伏發(fā)電，確定科學的資產(chǎn)激勵方案迫在眉睫。

資產(chǎn)激勵，大部分產(chǎn)權(quán)單位側(cè)重于設(shè)備的維護責任，強調(diào)安全可靠，而諸如光伏發(fā)電等利用可再*能源進行節(jié)能降耗的資產(chǎn)具有隱性產(chǎn)出的特點，設(shè)備收益較易被忽視。

資產(chǎn)激勵的對象主要是產(chǎn)權(quán)單位。一方面，應(yīng)注重資產(chǎn)的保*性，防止資產(chǎn)流失。公益類事業(yè)單位的經(jīng)費主要來源于公共財政，決策經(jīng)費的分配比例時，應(yīng)留意開發(fā)利用可再*能源項目的資金申請，將節(jié)能降耗項目的經(jīng)費單獨列支，優(yōu)先予以保證，充足的運維資金是項目保*運行的前提條件。另一方面，要維持資產(chǎn)的增值性，確保持*穩(wěn)定的經(jīng)濟效益。對于有條件、有能力開展碳中和的文化公益場館，將節(jié)能降耗作為主評項或者加分項納入單位的年度績效考核計劃中，制定科學的績效激勵標準，量化測評指標，用好獎懲項，提升資產(chǎn)激勵的導向性，促*可再*能源在公共建筑中的應(yīng)用廣度和深*。

文化場館具有建筑體量大、能耗強度高的特點，采用光伏發(fā)電系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)“自產(chǎn)自用”，減輕負荷用電的部分壓力。在健全的政策激勵下，產(chǎn)權(quán)單位能夠從光伏發(fā)電系統(tǒng)的運維實況中獲取準確的反饋信息，查找客觀事實與設(shè)計初衷的差距，得出正反兩面的經(jīng)驗教訓，形成項目效能評估報告，凸顯設(shè)備隱性的經(jīng)濟效益。效能評價對運維的方案的完整性和系統(tǒng)性具有重要的意義，有益于業(yè)主各個方位剖析管理方案，調(diào)動和提高人員的工作積極性和職責意識，不斷改進設(shè)計理念和節(jié)能技術(shù)；推動運維企業(yè)提高服務(wù)質(zhì)量，規(guī)范員工的工作行為，避免出現(xiàn)權(quán)責不清、管理混亂的局面，將光伏發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟社會效益發(fā)揮到較佳。

3、安科瑞分布式光伏運維云平臺介紹

3.1 概述

AcrelCloud-1200分布式光伏運維云平臺通過監(jiān)測光伏站點的逆變器設(shè)備，氣象設(shè)備以及攝像頭設(shè)備、幫助用戶管理分散在各地的光伏站點。主要功能包括：站點監(jiān)測，逆變器監(jiān)測，發(fā)電統(tǒng)計，逆變器一次圖，操作日志，告警信息，環(huán)境監(jiān)測，設(shè)備檔案，運維管理，角色管理。用戶可通過WEB端以及APP端訪問平臺，及時掌握光伏發(fā)電效率和發(fā)電收益。

3.2應(yīng)用場所

目前我國的兩種分布式應(yīng)用場景分別是：廣大農(nóng)村屋頂?shù)膽粲霉夥凸ど虡I(yè)企業(yè)屋頂光伏，這兩類分布式光伏電站今年都發(fā)展迅速。

3.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在光伏變電站安裝逆變器、以及多功能電力計量儀表，通過網(wǎng)關(guān)將采集的數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器，并將數(shù)據(jù)進行集中存儲管理。用戶可以通過PC訪問平臺，及時獲取分布式光伏電站的運行情況以及各逆變器運行狀況。平臺整體結(jié)構(gòu)如圖所示。

3.4 系統(tǒng)功能

AcrelCloud-1200分布式光伏運維云平臺軟件采用B/S架構(gòu)，任何具備權(quán)限的用戶都可以通過WEB瀏覽器根據(jù)權(quán)限范圍監(jiān)視分布在區(qū)域內(nèi)各建筑的光伏電站的運行狀態(tài)（如電站地理分布、電站信息、逆變器狀態(tài)、發(fā)電功率曲線、是否并網(wǎng)、當前發(fā)電量、總發(fā)電量等信息）。

3.4.1光伏發(fā)電

3.4.1.1綜合看板

●顯示所有光伏電站的數(shù)量，裝機容量，實時發(fā)電功率。

●累計日、月、年發(fā)電量及發(fā)電收益。

●累計社會效益。

●柱狀圖展示月發(fā)電量

3.4.1.2電站狀態(tài)

●電站狀態(tài)展示當前光伏電站發(fā)電功率，補貼電價，峰值功率等基本參數(shù)。

●統(tǒng)計當前光伏電站的日、月、年發(fā)電量及發(fā)電收益。

●攝像頭實時監(jiān)測現(xiàn)場環(huán)境，并且接入輻照度、溫濕度、風速等環(huán)境參數(shù)。

●顯示當前光伏電站逆變器接入數(shù)量及基本參數(shù)。

3.4.1.3逆變器狀態(tài)

●逆變器基本參數(shù)顯示。

●日、月、年發(fā)電量及發(fā)電收益顯示。

●通過曲線圖顯示逆變器功率、環(huán)境輻照度曲線。

●直流側(cè)電壓電流查詢。

●交流電壓、電流、有功功率、頻率、功率因數(shù)查詢。

3.4.1.4電站發(fā)電統(tǒng)計

●展示所選電站的時、日、月、年發(fā)電量統(tǒng)計報表。

3.4.1.5逆變器發(fā)電統(tǒng)計

●展示所選逆變器的時、日、月、年發(fā)電量統(tǒng)計報表

3.4.1.6配電圖

●實時展示逆變器交、直流側(cè)的數(shù)據(jù)。

●展示當前逆變器接入組件數(shù)量。

●展示當前輻照度、溫濕度、風速等環(huán)境參數(shù)。

●展示逆變器型號及廠商。

3.4.1.7逆變器曲線分析

●展示交、直流側(cè)電壓、功率、輻照度、溫度曲線。

3.4.2事件記錄

●操作日志：用戶登錄情況查詢。

●短信日志：查詢短信推送時間、內(nèi)容、發(fā)送結(jié)果、回復等。

●平臺運行日志：查看儀表、網(wǎng)關(guān)離線狀況。

●報警信息：將報警分進行分級處理，記錄報警內(nèi)容，發(fā)生時間以及確認狀態(tài)。

3.4.3運行環(huán)境

●視頻監(jiān)控：通過安裝在現(xiàn)場的視頻攝像頭，可以實時監(jiān)視光伏站運行情況。對于有硬件條件的攝像頭，還支持錄像回放以及云臺控制功能。

3.5系統(tǒng)硬件配置

3.5.1交流220V并網(wǎng)

交流220V并網(wǎng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)多用于居民屋頂光伏發(fā)電，裝機功率在8kW左右。

部分小型光伏電站為自發(fā)自用，余電不上網(wǎng)模式，這種類型的光伏電站需要安裝防逆流保護裝置，避免往電網(wǎng)輸送電能。光伏電站規(guī)模較小，而且比較分散，對于光伏電站的管理者來說，通過云平臺來管理此類光伏電站非常有必要，安科瑞在這類光伏電站提供的解決方案包括以下方面：

3.5.2交流380V并網(wǎng)

根據(jù)電網(wǎng)Q/GDW1480-2015《分布式電源接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》，8kW~400kW可380V并網(wǎng)，超出400kW的光伏電站視情況也可以采用多點380V并網(wǎng)，以當?shù)仉娏Σ块T的審批意見為準。這類分布式光伏多為工商業(yè)企業(yè)屋頂光伏，自發(fā)自用，余電上網(wǎng)。分布式光伏接入配電網(wǎng)前，應(yīng)明確計量點，計量點設(shè)置除應(yīng)考慮產(chǎn)權(quán)分界點外，還應(yīng)考慮分布式電源出口與用戶自用電線路處。每個計量點均應(yīng)裝設(shè)雙向電能計量裝置，其設(shè)備配置和技術(shù)要求符合DL/T448的相關(guān)規(guī)定，以及相關(guān)標準、規(guī)程要求。電能表采用智能電能表，技術(shù)性能應(yīng)滿足電網(wǎng)公司關(guān)于智能電能表的相關(guān)標準。用于結(jié)算和考核的分布式電源計量裝置，應(yīng)安裝采集設(shè)備，接入用電信息采集系統(tǒng)，實現(xiàn)用電信息的遠程自動采集。

光伏陣列接入組串式光伏逆變器，或者通過匯流箱接入逆變器，然后接入企業(yè)380V電網(wǎng)，實現(xiàn)自發(fā)自用，余電上網(wǎng)。在380V并網(wǎng)點前需要安裝計量電表用于計量光伏發(fā)電量，同時在企業(yè)電網(wǎng)和公共電網(wǎng)連接處也需要安裝雙向計量電表，用于計量企業(yè)上網(wǎng)電量，數(shù)據(jù)均應(yīng)上傳供電部門用電信息采集系統(tǒng)，用于光伏發(fā)電補貼和上網(wǎng)電量結(jié)算。

部分光伏電站并網(wǎng)點需要監(jiān)測并網(wǎng)點電能質(zhì)量，包括電源頻率、電源電壓的大小、電壓不平衡、電壓驟升/驟降/中斷、快速電壓變化、諧波/間諧波THD、閃變等，需要安裝單獨的電能質(zhì)量監(jiān)測裝置。部分光伏電站為自發(fā)自用，余電不上網(wǎng)模式，這種類型的光伏電站需要安裝防逆流保護裝置，避免往電網(wǎng)輸送電能，系統(tǒng)圖如下。

這種并網(wǎng)模式單體光伏電站規(guī)模適中，可通過云平臺采用光伏發(fā)電數(shù)據(jù)和儲能系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)，安科瑞在這類光伏電站提供的解決方案包括以下方面：

3.5.310kV或35kV并網(wǎng)

根據(jù)《能源局關(guān)于2019年風電、光伏發(fā)電項目建設(shè)有關(guān)事項通知》（國發(fā)新能〔2019〕49號），對于需要補貼的新建工商業(yè)分布式光伏發(fā)電項目，需要滿足單點并網(wǎng)裝機容量小于6兆瓦且為非戶用的要求，支持在符合電網(wǎng)運行安全技術(shù)要求的前提下，通過內(nèi)部多點接入配電系統(tǒng)。

此類分布式光伏裝機容量一般比較大，需要通過升壓變壓器升壓后接入電網(wǎng)。由于裝機容量較大，可能對公共電網(wǎng)造成比較大的干擾，因此供電部門對于此規(guī)模的分布式光伏電站穩(wěn)控系統(tǒng)、電能質(zhì)量以及和調(diào)度的通信要求都比較高。

光伏電站并網(wǎng)點需要監(jiān)測并網(wǎng)點電能質(zhì)量，包括電源頻率、電源電壓的大小、電壓不平衡、電壓驟升/驟降/中斷、快速電壓變化、諧波/間諧波THD、閃變等，需要安裝單獨的電能質(zhì)量監(jiān)測裝置。

上圖為一個1MW分布式光伏電站的示意圖，光伏陣列接入光伏匯流箱，經(jīng)過直流柜匯流后接入集中式逆變器(直流柜根據(jù)情況可不設(shè)置)，經(jīng)過升壓變壓器升壓至10kV或35kV后并入中壓電網(wǎng)。由于光伏電站裝機容量比較大，涉及到的保護和測控設(shè)備比較多，主要如下表：

4、結(jié)語

可再*能源發(fā)展“十四五”規(guī)劃指出，要充分發(fā)揮可再*能源成本競爭優(yōu)勢，堅持市場化方向，優(yōu)先發(fā)展、優(yōu)先利用可再*能源。光伏產(chǎn)業(yè)作為我國能源產(chǎn)業(yè)升級的新增長點，開展分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)運維工作的研究將為其規(guī)?；芾硖峁┯辛Φ募夹g(shù)保障，相關(guān)部門要加強管理，提升電站運營質(zhì)量，推動我國太陽能發(fā)電事業(yè)健康發(fā)展

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