傅國軒，李雪，高旭冬

（1. 黃河上游水電開發(fā)有限責任公司，青海西寧 810000；2. 北京木聯(lián)能軟件股份有限公司，北京 100096）

在能源形勢日益嚴峻的今天[1]，提倡綠色能源，優(yōu)化能源結構，降低對煤炭等環(huán)境污染型資源的嚴重依賴得到社會的普遍認同。太陽能具有分布廣泛、清潔環(huán)保、資源豐富等優(yōu)勢[2-3]，是傳統(tǒng)發(fā)電的有益補充。鑒于其對環(huán)保與經(jīng)濟發(fā)展的重要性，各發(fā)達國家無不全力推動太陽能發(fā)電工作[4]。隨著國家政策支持和智能電網(wǎng)建設[5]，近年來我國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速[6-7]，截至2013年底，全國光伏發(fā)電累計并網(wǎng)容量為1 942萬kW，其中地面大型光伏電站并網(wǎng)容量為1 632萬kW，分布式光伏發(fā)電項目并網(wǎng)容量為310萬kW。

并網(wǎng)光伏電站主要包含光伏電池組件、匯流箱、逆變器等設備類型[8]，逆變器作為發(fā)電量的輸出單元，逆變器所處的光伏方陣中普遍存在組串電流偏低、過低甚至部分組串電流為零的問題，從而嚴重影響光伏電站的發(fā)電量。即使是運行良好的逆變器，也仍存在部分組串電流偏低、過低甚至部分組串電流為零的問題。如何快速找到光伏方陣中普遍存在偏低、過低、為零的組串電流是首要解決的問題。為此，引入?yún)R流箱組串電流離散率的概念，提出了基于匯流箱組串電流離散率的數(shù)據(jù)分析方法，可迅速定位匯流箱異常組串，幫助運維人員及時排除組串故障問題，達到提高光伏電站發(fā)電量的目的。

1 匯流箱組串電流離散率定義及分類

匯流箱組串電流離散率是指光伏電站某臺逆變器所帶匯流箱組串電流的離散率，它反映了該逆變器下所有匯流箱電池組串的整體運行情況，離散率數(shù)值越小，說明各匯流箱電池組串電流曲線越集中，發(fā)電情況越穩(wěn)定。

某時刻（j時刻）匯流箱組串電流離散率計算公式為：

全天匯流箱組串電流離散率為該逆變器下匯流箱組串電流每個時刻離散率的加權平均值。根據(jù)光伏電站生產(chǎn)運維經(jīng)驗和文獻[9]要求，匯流箱組串電流離散率取值范圍可分為如下4個等級：

1）若匯流箱組串電流離散率取值范圍在0～5%以內(nèi)，說明匯流箱支路電流運行穩(wěn)定。

2）若匯流箱組串電流離散率取值在5%～10%以內(nèi)，說明匯流箱支路電流運行情況良好。

3）若匯流箱組串電流離散率取值在10%～20%以內(nèi)，說明匯流箱支路電流運行情況有待提高。

4）若匯流箱支路電流離散率超過20%，說明匯流箱支路電流運行情況較差，影響電站發(fā)電量，必須進行整改。

2 匯流箱組串電流離散率應用

以我國西北地區(qū)某20 MW地面并網(wǎng)光伏電站2014年4月的實際生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)為例，應用匯流箱組串電流離散率分析方法評估電站的發(fā)電情況。該電站在2014年4月份理論發(fā)電量384.999萬kW·h，實際發(fā)電量275.437萬kW·h，上網(wǎng)電量275.179萬kW·h，發(fā)電量等效利用小時數(shù)為137.72 h（4.59 h/d），系統(tǒng)實際運行綜合效率為71.48%。2014年4月該電站發(fā)電量趨勢變化圖如圖1所示。

圖1 2014年4月西北某光伏電站發(fā)電量趨勢變化圖Fig. 1 Change of the output of a PV power plant in Northwest in April 2014

由圖1可見，電站日均發(fā)電量9.181萬kW·h，其中2014年4月22日發(fā)電量最高，為13.514萬kW·h；4月24日發(fā)電量最低，為1.223萬kW·h。兩者相差12.291萬kW·h。分析4月份發(fā)電量最高和最低的一天匯流箱組串電流離散率如圖2（a）和圖2（b）所示。

圖2 2014年4月22日和24日某電站匯流箱組串電流離散率分析圖Fig. 2 Discrete rate analysis of the junction box branch current of a PV power station respectively on April 22 and April 24，2014

2014年4月22日（電站發(fā)電量最高）逆變器下匯流箱組串電流離散率如圖2（a）所示。1臺逆變器下的匯流箱組串電流離散率取值范圍在0～5%之間，占2.5%；3臺逆變器下的匯流箱組串電流的離散率在5%～10%之間，占7.5%；10臺逆變器下的匯流箱組串電流離散率取值范圍在10%～20%，占25%；26臺逆變器下的匯流箱組串電流離散率取值大于20%，占65%。說明10臺逆變器下的匯流箱電池組串運行情況有待提高，26臺逆變器下的匯流箱電池組串運行情況較差，影響電站發(fā)電量，必須進行整改。

2014年4月24日（電站發(fā)電量最低）逆變器下的匯流箱組串電流離散率如圖2（b）所示。8臺逆變器下的匯流箱組串電流離散率在10%～20%之間，占20%；32臺逆變器下的匯流箱組串電流離散率超過20%，占80%。說明8臺逆變器下的匯流箱電池組串運行情況有待提高，32臺逆變器下的匯流箱電池組串運行情況較差，影響電站發(fā)電量，必須進行整改。

由2014年4月22日和4月24日的離散率統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以看出，2014年4月22日匯流箱電池組串運行穩(wěn)定性明顯優(yōu)于2014年4月24日，可見匯流箱電池組串運行穩(wěn)定性是影響發(fā)電量主要因素之一，如何提高匯流箱電池組串運行穩(wěn)定性是需要解決的首要問題。

2.1 異常電流組串定位

提高匯流箱電池組串運行穩(wěn)定性在于消除匯流箱異常組串電流，應用匯流箱組串電流離散率分析方法快速定位電流偏低、為零的異常電池組串，分析該電站2014年4月24日（電站發(fā)電量最低）逆變器下匯流箱組串電流離散率，查看離散率在10%～20%之間、大于20%匯流箱組串電流，通過逆變器實時監(jiān)測數(shù)據(jù)定位異常電流組串。其中，2014年4月24日15號子陣逆變柜02下的匯流箱組串電流離散率為53.92%，其匯流箱組串電流實時監(jiān)測數(shù)據(jù)如圖3所示。由圖3可見15號子陣逆變柜02下的05號、12號、13號、15號匯流箱下i13、i14、i15、i16支路電流為0；09號匯流箱i12、i13、i14、i15、i16支路電流為0。

2014年4月24日03號子陣逆變柜02下的匯流箱組串電流離散率為17.85%，其匯流箱組串電流實時監(jiān)測數(shù)據(jù)如圖4所示。由圖4可見，4月24日03號子陣逆變柜A下的15號匯流箱i5支路電流為0。查看組串電流離散率大于10%的其他38臺逆變器下的匯流箱組串電流實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，共發(fā)現(xiàn)284條異常電流組串，其中，280條電池組串電流為0，4條組串電流偏低。

綜上所述，4月24日該電站異常電流組串為284條，其中，280條電池組串電流為0，4條組串電流偏低，電池組串的平均發(fā)電量為3 kW·h。全站正常工作逆變器下的電池組串共4 474條，總發(fā)電量為1.223萬kW·h。如果所有電流異常的電池組串發(fā)電量均達到當日平均發(fā)電量水平，則本電站在4月24日因組串電流異常導致的損失電量為0.085萬kW·h，若對284條電流異常組串進行消缺，電站發(fā)電量可提升6.95%。

圖3 2014年4月24日某電站15號子陣逆變柜02的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)Fig.3 Real-time monitoring data on No.15 sub arrays of No 02 inverter cabinet 02 of a PV power plant on April 24，2014

圖4 2014年4月24日某電站03號子陣逆變柜02的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)Fig. 4 Real-time monitoring data on No. 03 sub arrays of No 02 inverter cabinet 02 of a PV power plant on April 24，2014

2.2 損失電量評估

發(fā)電量是評估光伏電站經(jīng)濟效益的重要指標，造成光伏電站電量損失的原因有多種，如灰塵損失、線路損失等。本文主要分析由于異常組串電流造成的電量損失，重點評估西北地區(qū)某20 MW地面并網(wǎng)光伏電站2014年4月由于組串電流異常造成的電量損失情況，該電站2014年4月理論發(fā)電量384.999萬kW·h，實際發(fā)電量275.437萬kW·h，上網(wǎng)電量275.179萬kW·h，系統(tǒng)實際運行綜合效率為71.48%。統(tǒng)計該光伏電站2014年4月份的異常電流組串數(shù)量，若所有電流異常的電池組串發(fā)電量均達到當日平均發(fā)電量水平，則該電站異常電流組串造成的損失電量如表1所示。

表1中2014年4月份異常電流組串為8 068條，占電站組串總數(shù)量的6.01%，該電站由于組串電流異常造成的損失電量為17.345萬kW·h。若對電流異常組串及時進行消缺，則電站發(fā)電量可提升6.30%。由此可見，異常組串的及時消缺對提升光伏電站發(fā)電量具有重要意義。

3 結論

本文結合光伏電站的生產(chǎn)運行特點，提出了基于匯流箱組串電流離散率的分析方法，并以我國西北地區(qū)某20 MW地面并網(wǎng)光伏電站2014年4月的實際生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)為例，通過分析該電站匯流箱組串電流離散率，定位電流偏低和電流為0的異常組串，評估由于組串電流異常造成的電量損失。其主要結論歸納如下：

1）并網(wǎng)光伏電站基于匯流箱組串電流離散率的分析方法，主要是通過分析光伏電站匯流箱組串電流離散率，找到組串電流離散率大于10%的逆變器，進一步查看該逆變器下的匯流箱組串電流實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，快速定位電流偏低和電流為0的異常電流組串，并及時進行消缺，提高電站發(fā)電量。

2）本文提出了光伏電站因組串電流異常造成的損失電量評估方法，對光伏電站產(chǎn)能分析和評估具有重要意義。

3）2014年4月，西北地區(qū)某20 MW地面并網(wǎng)光伏電站實際發(fā)電量275.437 萬kW·h，上網(wǎng)電量275.179萬kW·h，系統(tǒng)實際運行綜合效率為71.48%，應用匯流箱組串電流離散率分析方法定位異常電流組串共8 068條，占電站組串總數(shù)量的6.01%。經(jīng)過統(tǒng)計分析，由于組串電流異常造成的損失電量為17.345萬kW·h，若對電流異常組串及時消缺，則電站發(fā)電量可提升6.30%，綜合效率可提升到77.78%。

表1 2014年4月份異常電流組串損失電量評估Tab. 1 Assessment of loss of power of abnormal current branch in April 2014

[1] 趙平，嚴玉廷. 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)對電網(wǎng)影響的研究[J].電氣技術，2009（3）: 41-44.ZHAO Ping，YAN Yuting. Research on effect of gridconnected photovoltaic systemon power grid[J]. Electrical Engineering，2009（3）: 41-44（in Chinese）.

[2] 鮑雪娜，強玉尊，周陽，等. 聯(lián)網(wǎng)光伏電站可調(diào)度性研究[J]. 電力科學與工程，2012，28（2）: 1-6.BAO Xuena，QIANG Yuzun，ZHOU Yang，et al. Research on schedulability of networking photovoltaic power plants[J].Electric Power Science and Engineering，2012，28（2）:1-6（in Chinese）.

[3] 鐘穎穎，束建，朱愷，等. 太陽能光伏發(fā)電站防雷技術探討[J]. 電瓷避雷器，2012（2）: 100-104.ZHONG Yingying，SU Jian，ZHU Kai，et al. Discussion about lightning protection of solar photovoltaic power station[J]. Insulators and Surge Arresters，2012（2）: 100-104（in Chinese）.

[4] 李碧君，方勇杰，楊衛(wèi)東，等.光伏發(fā)電并網(wǎng)大電網(wǎng)面臨的問題與對策[J]. 電網(wǎng)與清潔能源，2010，26（4）:52-59.LI Bijun，F(xiàn)ANG Yongjie，YANG Weidong，et al.Problems and countermeasures for large power grids in connection with photovoltaic power[J]. Power System and Clean Enery，2010，26（4）: 52-59（in Chinese）.

[5] 葉漫紅，林日明，蔡文.太陽能光伏電站入網(wǎng)方式探討[J].江西電力，2011，35（1）: 5-8.YE Manhong，LIN Rimin，CAI Wen. Discussion on Interconnection of solar photovoltaic power station[J]. Jiangxi Electric Power，2011，35（1）: 5-8（in Chinese）.

[6] 趙爭鳴，雷一，賀凡波，等. 大容量并網(wǎng)光伏電站技術綜述[J]. 電力系統(tǒng)自動化，2011，35（12）: 101-107.ZHAO Zhengming，LEI Yi，HE Fanbo，et al. Overview of large-scale grid-connected photovoltaic power plants[J].Automation of Electric Power Systems，2011，35（12）:101-107（in Chinese）.

[7] 趙玉文，吳達成，王斯成，等. 中國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究報告（2006-2007）（下）[J]. 太陽能，2008（8）: 6-13.ZHAO Yuwen，WU Dacheng，WANG Sicheng，et al. Reporton China PV industry development（2006-2007）（3）[J].Solar Energy，2008（8）: 6-13（in Chinese）.

[8] 傅國軒，李雪，王樣強. 200 MWp大型并網(wǎng)光伏電站智能化信息管理方案研究[J]. 電網(wǎng)與清潔能源，2013，29（10）: 97-104.FU Guoxuan，LI Xue，WANG Yangqiang. Research on 200 MWp large-scale grid-connected PV power plant intelligent information management solutions[J]. Power System and Clean Enery，2013，29（10）: 97-104（in Chinese）.

[9] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部，中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局. GB 50794—2012 光伏發(fā)電站施工規(guī)范[S]. 北京：中國計劃出版社，2012.