鄺堅文，黃永基

（廣州南洋電器有限公司，廣東廣州 510050）

0 前言

隨著全球能源短缺和環(huán)境污染等問題日益突出，太陽能光伏發(fā)電因其清潔、安全、便利、高效等特點，已成為世界各國關(guān)注和重點發(fā)展的新興產(chǎn)業(yè)[1]。

光伏發(fā)電的主要原理是半導體的光電效應(yīng)，也即利用光生伏特效應(yīng)原理，將太陽輻射能量直接轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電系統(tǒng)。主要由光伏電池板、匯流箱、并網(wǎng)逆變器、配電柜及其他設(shè)備組成[2]。

光伏發(fā)電系統(tǒng)分為獨立光伏系統(tǒng)和并網(wǎng)光伏系統(tǒng)，并網(wǎng)光伏發(fā)電又分為集中式大型并網(wǎng)光伏電站和分布式小型并網(wǎng)光伏電站，而分布式小型光伏發(fā)電由于投資小、建設(shè)快、占地面積小、政策支持力度大等優(yōu)點，是并網(wǎng)光伏發(fā)電的主流。

1 分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的主要設(shè)備

（1）太陽能電池板：光伏組件是室外安裝的發(fā)電設(shè)備，是光伏電站的核心設(shè)備，具有非常的耐候性、能在室外嚴酷的環(huán)境下長期穩(wěn)定可靠地運行，同時具有高轉(zhuǎn)換效率。其性能特點如下：①25年產(chǎn)品功率質(zhì)保、安裝方便、抗風、抗冰雹能力強；②組件衰減少，十年內(nèi)輸出功率的衰減小于10%，二十年內(nèi)輸出功率的衰減20%，年平均衰減小于0.8%。

（2）直流匯流排箱：匯流箱最多可以連接24路直流輸入，并且為光伏組件提供保護和監(jiān)測，可以優(yōu)化電纜連接，縮短系統(tǒng)停機時間，方便維護。其功能要求如下：①采用光伏專用高壓直流保險絲，對正、負極同時保護；②滿足同時接入多路太陽電池組串，每個正、負極接線端子接一路光伏專用熔斷絲；③采用光伏專用防雷器，工作電壓達到直流1 000 V；④能夠接入最大太陽電池組串開路電壓（最大直流電壓）為1 000 V以上。

（3）并網(wǎng)逆變器：其功能要求如下：①逆變器應(yīng)具有過載、短路、電網(wǎng)斷電、電網(wǎng)過欠壓、電網(wǎng)過欠頻保護和告警功能；②逆變器采用太陽電池組件最大功率跟蹤技術(shù)；③逆變器400 V/50 Hz輸出高效、節(jié)能、安全；④功率因數(shù)、有功和無功功率可調(diào)/可控，低電壓穿越，防孤島保護；⑤采用技術(shù)先進成熟的逆變技術(shù)，具有高轉(zhuǎn)換效率；⑥具備防雷保護措施；⑦擁有優(yōu)良的冷卻通風系統(tǒng)。

（4）低壓開關(guān)柜：按用戶要求配置。

2 智能監(jiān)控系統(tǒng)的硬件與軟件部分

監(jiān)控系統(tǒng)包含光伏電站主要設(shè)備及光伏電站的數(shù)據(jù)采集、低壓開關(guān)柜保護測控裝置運行狀態(tài)監(jiān)控、電能質(zhì)量數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)上傳等功能。

2.1 智能監(jiān)控系統(tǒng)的硬件部分

整個系統(tǒng)由中控室監(jiān)控系統(tǒng)、通訊網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場智能監(jiān)測設(shè)備組成，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。監(jiān)控系統(tǒng)安裝在中央控制室，包括一臺監(jiān)控電腦及用于報表、曲線及報警打印的打印機；通訊網(wǎng)絡(luò)由以太網(wǎng)工業(yè)交換機、通訊管理機以及通訊電纜、光纖組成；現(xiàn)場智能數(shù)據(jù)采集器用于光伏電站中采集、監(jiān)控逆變器的工作狀態(tài)及運作信息，以及開關(guān)柜、電表、匯流箱與環(huán)境檢測儀等設(shè)備數(shù)據(jù)，不僅可以實時傳輸所監(jiān)測設(shè)備的數(shù)據(jù)至后臺上位機，還可以接收來自電網(wǎng)調(diào)度中心的開關(guān)量控制指令或者模擬量控制指令，實現(xiàn)對逆變器有功功率、無功功率、功率因數(shù)、開關(guān)機等遠程操作，實現(xiàn)遠程調(diào)度功能。通過光纖以太網(wǎng)與中控室監(jiān)控電腦連接，使整個系統(tǒng)實現(xiàn)對光伏發(fā)、配電的監(jiān)視、分析和管理[3]。

圖2 監(jiān)控系統(tǒng)功能拓撲圖

圖1 監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

2.2 系統(tǒng)軟件功能

系統(tǒng)功能拓撲圖如圖2所示。

（1）設(shè)備運行監(jiān)測功能：系統(tǒng)自動采集匯流箱、逆變器、并網(wǎng)開關(guān)狀態(tài)、環(huán)境檢測儀、電表、開關(guān)柜、無功補償器等設(shè)備的各類實時數(shù)據(jù)，然后進行數(shù)據(jù)處理，以達到對設(shè)備的運行狀態(tài)進行監(jiān)視、性能參數(shù)進行檢測、環(huán)境設(shè)備進行控制的功能。

（2）數(shù)據(jù)傳輸功能：系統(tǒng)能上傳實時采集到的數(shù)據(jù)，并能夠?qū)?shù)據(jù)緩存，當網(wǎng)絡(luò)中斷和恢復時，自動補傳數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)的完整性和可靠性。

（3）設(shè)備控制功能：系統(tǒng)能接收現(xiàn)場智能監(jiān)控設(shè)備的控制指令，并及時將命令下發(fā)到現(xiàn)場設(shè)備，在現(xiàn)場設(shè)備執(zhí)行命令后，及時將運行結(jié)果上報到監(jiān)測中心。

（4）自動化配置功能：系統(tǒng)能根據(jù)當前監(jiān)測點的信息，進行基本參數(shù)的自動化配置，使布署和維護更加方便。

（5）數(shù)據(jù)加密功能：為了保證數(shù)據(jù)可靠性，系統(tǒng)能夠?qū)鬏數(shù)臄?shù)據(jù)自動加密和解密，并能根據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)自動識別密碼。

（6）報警管理功能：

①實時報警功能：系統(tǒng)能實時反映當前的故障信息，并對故障信息自動歸類、分級，并提供聲、光、電等提醒方式；

②歷史報警信息功能：系統(tǒng)能對歷史報警信息進行綜合分析統(tǒng)計，為提高產(chǎn)品質(zhì)量提供運行數(shù)據(jù)支撐。

（7）工單管理和日志管理功能：系統(tǒng)能夠記錄用戶所有操作并定時進行操作審計工作。

（8）用戶管理功能：系統(tǒng)能夠?qū)τ脩粼黾?、刪除、鎖定、解鎖、用戶組管理、缺省配置等進行管理。

（9）統(tǒng)計報表模塊功能：系統(tǒng)能為管理人員提供需要的功能報表，有日、月、季、年等不同方式，以及電站的分時段發(fā)電量報表。

（10）數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)挖掘功能：

①系統(tǒng)能存儲25年的配置數(shù)據(jù)，并能夠追溯歷次修改原因，能隨時調(diào)閱存儲的數(shù)據(jù)；

②系統(tǒng)能從年運行的海量數(shù)據(jù)中挖掘出效果好的設(shè)備，并能對這些數(shù)據(jù)進行長期存儲20年以上。

（11）發(fā)電量預(yù)測和診斷功能：系統(tǒng)能對發(fā)電站上空的云層情況，未來的相應(yīng)時間段的發(fā)電量進行預(yù)測。對惡劣天氣情況能夠預(yù)警，提前對設(shè)備采取適當?shù)谋Ｗo措施。

（12）視頻監(jiān)控功能：系統(tǒng)可以監(jiān)視到每個模塊，從而實現(xiàn)“遙視”。

（13）微網(wǎng)監(jiān)控功能：監(jiān)控系統(tǒng)需能夠監(jiān)視微網(wǎng)系統(tǒng)光伏逆變器、負載、獨立逆變器、上位機、數(shù)據(jù)采集器等設(shè)備的工作狀態(tài)，能夠?qū)夥孀兤鬟M行限功率控制，亦能夠?qū)夥⒕W(wǎng)逆變器、光伏模擬器、智能電表等進行遙測和遙信。主要實現(xiàn)削峰平谷、峰谷電價差以及調(diào)壓調(diào)頻的基本功能。

（14）金太陽住建部接口功能：給金太陽和住建部提供數(shù)據(jù)接口。

3 工程實例

某大型設(shè)備加工廠，利用其現(xiàn)有的可有效利用的10 000 m2的屋頂，根據(jù)用戶的實際情況，按以上的設(shè)計方案，建設(shè)了一個發(fā)電量為1 MW的光伏項目。

3.1 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)組成見表1。

表1 系統(tǒng)參數(shù)

3.2 光伏發(fā)電系統(tǒng)的主要設(shè)備

（1）太陽能電池板：多晶硅250WP，4 000塊，其性能要求如下：①高效率的晶體硅太陽能電池；②抗老化EVA膠膜及優(yōu)良耐候性TPT背板；③陽極氧化處理鋁合金邊框及防水接線盒；④高透光率，采用高透光率低碳絨面鋼化玻璃封裝。

（2）直流匯流排箱：采用防護等級達到IP54/65，能滿足室外安裝要求的密封型機柜，并行連接16路直流輸入?yún)R流箱12個，同時具有以下功能：①組串電流異常報警；②組串電壓異常報警；③防火災(zāi)報警功能；④防雷器失效報警；⑤開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測；⑥分析電流量，對有故障的光伏陣列報警；⑦能接收本地監(jiān)控裝置的參數(shù)下載，進行分析處理的匯流箱。

（3）并網(wǎng)逆變器：①能夠清晰顯示實時各項運行參數(shù)，實時故障數(shù)據(jù)，歷史故障數(shù)據(jù)，總發(fā)電量數(shù)據(jù)，歷史發(fā)電量數(shù)據(jù)；②多種通訊接口，接受MODBUS RTU和MODBUS TCP/IP通訊協(xié)議，與后臺監(jiān)控軟件具有良好的兼容性的逆變器1套/2臺。

（4）現(xiàn)場智能數(shù)據(jù)采集儀：選用可監(jiān)測環(huán)境監(jiān)測儀、并網(wǎng)逆變器、光伏匯流箱、電表、配電設(shè)備的實時運行狀況，還具備接收和執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)調(diào)度指令的功能的現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集儀4臺。

（5）監(jiān)控系統(tǒng)：可對太陽能光伏電站里的電池陣列、匯流箱、逆變器、交直流配電柜、電表、太陽跟蹤控制系統(tǒng)等設(shè)備進行實時監(jiān)測，為上層數(shù)據(jù)中心提供豐富的數(shù)據(jù)接口。

（6）低壓配電柜：滿足用戶的用電要求。

3.3 發(fā)電量及投資收益分析

（1）項目基本條件：見表2。

表2 項目基本條件表

（2）靜態(tài)經(jīng)濟分析：見表3。

表3 靜態(tài)經(jīng)濟分析表

（3）動態(tài)預(yù)測性經(jīng)濟分析（收益增長部分）：見表4。

（4）節(jié)能減排量分析：從表2、表3、表4、表5看到，分布式光伏電站的項目建設(shè)投資小、建設(shè)快、政策支持力度大、減少污染氣體排放，環(huán)保效益顯著，尤其廣東省碳排放交易市場已啟動，動態(tài)預(yù)測性經(jīng)濟收益將會更大。

4 項目實施效果

此系統(tǒng)運行使用兩年多，證明該系統(tǒng)技術(shù)先進、可靠性高；污染小、環(huán)保效益突出；能夠在一定程度上緩解局地的用電緊張狀況；發(fā)電抗災(zāi)能力強；調(diào)峰性能好，操作簡單，便于靈活調(diào)度；可以發(fā)電用電并存[4]。

表4 動態(tài)經(jīng)濟分析表

表5 節(jié)能減排分析表

隨著我國金太陽項目從2009年開始，截止到2013年6月，分布發(fā)電項目共525 MW納入到補助范圍。此后，國家能源局、財務(wù)部、國家電網(wǎng)公司對“分布式光伏發(fā)電項目”出臺了一系列的利好政策，分布式光伏發(fā)電項目的建設(shè)，符合我國21世紀可持續(xù)發(fā)展能源戰(zhàn)略規(guī)劃，為企業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供長期的動力保障。

［1］中華人民共和國工業(yè)和信息化部.太陽能光伏產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃［Z］.2012.

［2］中國新能源網(wǎng).太陽能光伏發(fā)電基本原理［EB/OL］.www.china-nengyuan.com/tech/16645.html.

［3］陽光電源股份有限公司.光伏監(jiān)控軟件［Z］.2012.

［4］國家電網(wǎng).分布式光伏發(fā)電現(xiàn)狀及走勢［N］.和訊新聞，2012-11-13.