劉舒，李紅濤，張雙慶，丁明昌，董穎華

(1.國網(wǎng)上海市電力公司電力科學(xué)研究院，上海 200437;2.中國電力科學(xué)研究院，江蘇 南京 210003)

光伏電站發(fā)電性能評估現(xiàn)場檢測技術(shù)

劉舒1，李紅濤2，張雙慶2，丁明昌2，董穎華2

(1.國網(wǎng)上海市電力公司電力科學(xué)研究院，上海 200437;2.中國電力科學(xué)研究院，江蘇 南京 210003)

針對目前我國光伏發(fā)電迅猛發(fā)展的形勢，大多研究機(jī)構(gòu)和電網(wǎng)公司更多考慮大規(guī)模光伏發(fā)電并網(wǎng)帶來的電網(wǎng)安全穩(wěn)定因素，而忽略光伏電站發(fā)電性能引起的經(jīng)濟(jì)性與失效性，提出了針對光伏發(fā)電工程本體建設(shè)質(zhì)量的現(xiàn)場驗(yàn)收技術(shù)，并通過對某光伏電站實(shí)例檢測驗(yàn)證了檢測技術(shù)的通用型和高效性。

光伏電站;工程質(zhì)量;電站失效性;現(xiàn)場檢測;發(fā)電性能評估

0 引言

伴隨著我國光伏裝機(jī)容量的逐年遞增，大多數(shù)研究機(jī)構(gòu)和電網(wǎng)公司更多考慮的是大規(guī)模光伏發(fā)電并網(wǎng)帶來的電網(wǎng)安全穩(wěn)定因素，針對光伏并網(wǎng)安全問題國家電網(wǎng)公司于2011年相繼出臺了企標(biāo)Q/GDW－617《光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》和Q/GDW－618《光伏電站接入電網(wǎng)測試規(guī)程》，國家質(zhì)檢總局于2012年頒布了GB/T 19964－2012《光伏發(fā)電站接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定》和GB/T 29319－2012《光伏發(fā)電系統(tǒng)接入配電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》。標(biāo)準(zhǔn)中對并網(wǎng)光伏電站的電能質(zhì)量、低電壓穿越性能、電網(wǎng)適應(yīng)性能和防孤島保護(hù)性能指標(biāo)做了明確的要求［1－4］。

而針對光伏系統(tǒng)工程本身建設(shè)質(zhì)量問題沒有引起重視，電站集成商和運(yùn)營商更為關(guān)心的是光伏電站發(fā)電效率和年發(fā)電量指標(biāo)，本論文主要研究光伏電站的光伏組件衰減率、系統(tǒng)性能比PR、光伏陣列串/并聯(lián)失配率、逆變器轉(zhuǎn)換效率等現(xiàn)場測試技術(shù)［5－6］，并結(jié)合實(shí)際電站給出了測試案例，為光伏電站的發(fā)電性能提出有效的評價指標(biāo)和評判結(jié)果，提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率和年發(fā)電量。

1 檢測方法

1.1 光伏組件衰減率測試

光伏組件光電轉(zhuǎn)換效率直接影響光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電量，光伏系統(tǒng)發(fā)電量往往是光伏電站運(yùn)營商最為關(guān)心的因素，年發(fā)電量直接影響電站運(yùn)營商的年收益情況。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定多晶硅組件1年內(nèi)不超過2.5%，2年內(nèi)衰降率不超過3.2%;單晶硅組件1年內(nèi)衰降不應(yīng)超過3.0%，2年內(nèi)衰降不應(yīng)超過4.2%，薄膜組件不應(yīng)超過5%。現(xiàn)場對光伏組件進(jìn)行轉(zhuǎn)換效率測試顯得尤為重要，現(xiàn)場測試時抽選同一類型組件隨機(jī)抽取多塊開展測試，每一組件測試3次。記錄組件的測試數(shù)據(jù):IM—最大工作電流(A)、VM—最大工作電壓(V)、G0—實(shí)測輻照度(W/m2)、T0—組件背板溫度(℃)。

式中IM－STC為輻照度為1 000W/m2條件下的組件最大電流;VM－STC為溫度為25℃條件下的組件最大電壓;PM－STC為實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)條件下的組件最大電壓;α為電流溫度系數(shù);β為電壓溫度系數(shù)。

按上述公式對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行輻照度和溫度進(jìn)行修正，計(jì)算得到光伏組件標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下的功率，最后用修正后的功率與組件名牌功率進(jìn)行比較得到組件的衰減率。

1.2 光伏電站性能比PR測試

光伏電站性能比PR(見圖1)計(jì)算公式如下:

式中E為一定時間內(nèi)電站發(fā)出的電能;P0為電站額定裝機(jī)容量;Hi為一定時間內(nèi)光伏電站單位面積上吸收的光照能量;G為標(biāo)準(zhǔn)測試條件輻照度1 000W/m2。

圖1 光伏電站性能比(PR)測試示意圖

光伏電站性能比PR目前的測試方法是利用功率采集裝置監(jiān)測電站并網(wǎng)點(diǎn)功率，同時利用一臺氣象參數(shù)測量裝置檢測電站的輻照度和光伏組件的背板溫度，為了體現(xiàn)光伏電站的典型氣象參數(shù)，該氣象參數(shù)測量裝置一般架設(shè)在光伏電站的物理中心位置。由于大型地面光伏電站的占地面積往往很大，一座30 MW光伏電站占地面積約為500 000 m2，若采用一臺氣象參數(shù)測量裝置監(jiān)測的數(shù)據(jù)不足以代表光伏電站全局氣象。為提高光伏電站性能比PR測試精度，利用四臺氣象參數(shù)測量裝置優(yōu)化分布于光伏電站四個物理點(diǎn)處進(jìn)行測量，將四臺裝置測量數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，當(dāng)測量值偏差不超過5%時，即代表光伏電站整站的氣象參數(shù)一致，取四臺測量裝置的監(jiān)測參數(shù)平均值來進(jìn)行系統(tǒng)效率評價;如果偏差超過5%，則認(rèn)為電站的氣象參數(shù)不一致，則不能采用該時刻點(diǎn)的氣象參數(shù)值進(jìn)行系統(tǒng)效率評價。

1.3 光伏陣列串并聯(lián)失配率測試

光伏電站的失配損失主要包括組件到組串的失配損失即光伏組串串聯(lián)失配，組串到匯流箱的失配損失即光伏組串并聯(lián)失配，以及匯流箱到逆變器的失配損失。

光伏組串串聯(lián)失配測試，斷開選定組串，對串內(nèi)每一個組件進(jìn)行I－V特性測試，同時記錄輻照度和組件背板溫度;再對組串進(jìn)行I－V特性測試，并記錄輻照度和組件背板溫度;將測試數(shù)據(jù)修正到統(tǒng)一輻照度和統(tǒng)一溫度(STC或NOCT)條件下，串聯(lián)失配率=(組串內(nèi)各組件修正功率之和－組串修正輸出功率)/組串內(nèi)各組件修正功率之和×100%。光伏組串并聯(lián)失配測試，斷開選定匯流箱，對箱內(nèi)每一個組串進(jìn)行I－V特性測試，同時記錄輻照度和組件背板溫度;再對匯流箱進(jìn)行I－V特性測試，并記錄輻照度和溫度;將測試數(shù)據(jù)分別修正到統(tǒng)一輻照度和統(tǒng)一溫度(STC或NOCT條件)下，并聯(lián)失配率=(匯流箱內(nèi)各組串修正功率之和－匯流箱修正輸出功率)/匯流箱內(nèi)各組串修正功率之和×100%。

1.4 光伏逆變器轉(zhuǎn)換效率測試

現(xiàn)場測試時按照圖2光伏電站逆變器轉(zhuǎn)換效率測試示意圖測量逆變器直流側(cè)電壓、電流與交流側(cè)電壓、電流，連續(xù)測量一天時間，盡量達(dá)到逆變器的額定功率，按式(4)計(jì)算逆變器在不同功率等級下的轉(zhuǎn)換效率。

圖2 光伏電站逆變器轉(zhuǎn)換效率測試示意圖

式中η－光伏逆變器轉(zhuǎn)換效率;UDC，i－輸入電壓采樣值;IDC，i－ 輸入電流采樣值;UAC，i－ 輸出電壓采樣值;IAC，i－ 輸出電流采樣值;ΔT－數(shù)據(jù)間隔周期;n－選取數(shù)據(jù)總數(shù)。

2 檢測案例分析

光伏發(fā)電性能現(xiàn)場測試抽簽原則按表1進(jìn)行。

表1 光伏電站發(fā)電性能測試抽檢原則

光伏電站現(xiàn)場氣象參數(shù)測試條件:(1)輻照度測試條件:輻照度＞700W/m2;修正方法:線性等比例修正，僅對電流進(jìn)行修正，不對電壓進(jìn)行修正(認(rèn)為700 W/m2以上光強(qiáng)的變化對光伏工作電壓無影響。因此，光強(qiáng)對功率也可以采用線性修正;(2)溫度檢測條件:無溫度范圍限制;精確修正:按照GB/T18210－2000的方法A根據(jù)實(shí)測光伏背板溫度推算結(jié)溫，或方法B根據(jù)不同輻照度下開路電壓推算結(jié)溫。依據(jù)推算出的結(jié)溫和溫度系數(shù)對電流、電壓或功率進(jìn)行修正［7］。

2.1 光伏組件衰減率測試

對西北地區(qū)某地面光伏電站開展光伏組件衰減率測試。該光伏電站共有6種類型光伏組件，按照抽檢原則對每種類型組件抽取10塊進(jìn)行測試，將原始測試數(shù)據(jù)進(jìn)行STC修正，得到測試結(jié)果示例如表2所示。

表2 某型號230W光伏組件I－V特性測試結(jié)果

由表2知，抽檢的20塊某型號230 W光伏組件最大輸出功率的均值為220.38W，平均衰減率為8.18%。由于該光伏電站投運(yùn)時間不滿兩年，按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范判定，該型號組件衰減率過大，不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.2 光伏電站性能比PR測試

對西北地區(qū)某光伏電站開展光伏電站性能比PR測試。取光伏電站2號方陣21號方陣并網(wǎng)點(diǎn)為測試點(diǎn)，采集2015年4月23日7:07:46～20:30:26時間段內(nèi)該點(diǎn)的光伏陣列單位面積接收輻照度、光伏電站并網(wǎng)點(diǎn)發(fā)電量，按照公式(4)計(jì)算，求得測試周期內(nèi)光伏電站性能比PR:

PR=(133.8999/20)/(7769.82/1000)*100%=86.17%

2.3 光伏陣列串并聯(lián)失配率測試

對西北地區(qū)某光伏電站開展串并聯(lián)適配率測試。對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行STC修正，得到測試結(jié)果如表3、表4所示。

表3 1單元06匯流箱02組串串聯(lián)適配率測試結(jié)果

表4 8單元05號匯流箱并聯(lián)失配率測試結(jié)果

由表3知，光伏電站1號光伏發(fā)電單元06號匯流箱02號組串串聯(lián)適配率為0.92%。未超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的1%限值。由表4知，光伏電站8號光伏發(fā)電單元05號匯流箱共有16串，其并聯(lián)失配率為0.79%。未超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的2%限值。

2.4 光伏逆變器轉(zhuǎn)換效率測試

對西北地區(qū)某光伏電站開展逆變器轉(zhuǎn)換效率測試。該光伏電站采用兩種類型逆變器，包括500 kW型號A逆變器和1 MW型號B逆變器?，F(xiàn)場對12單元型號A逆變器、17單元型號B逆變器進(jìn)行測試，按照公式(5)對原始數(shù)據(jù)計(jì)算處理，以逆變器直流輸入功率為橫軸，逆變器轉(zhuǎn)換效率為縱軸，得到逆變器轉(zhuǎn)換效率變化曲線，如圖3、圖4所示。

圖3 12單元型號A逆變器轉(zhuǎn)換效率測試結(jié)果

圖4 17單元型號B逆變器轉(zhuǎn)換效率測試結(jié)果

將圖3、圖4中被測逆變器效率按照負(fù)載點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到被測逆變器效率統(tǒng)計(jì)如表5所示。

表5 被測逆變器效率統(tǒng)計(jì)

表5中，Pdc為逆變器直流輸入功率，Pdc_r為逆變器額定直流輸入功率。其中，5%、10%、20%、30%、50%、75%等6個負(fù)載點(diǎn)的取值范圍均為該值大小的±2.5%，由于逆變器一般難以達(dá)到滿載，有云天氣或輻照不好的地區(qū)甚至難以達(dá)到90%負(fù)載，因此放大100%負(fù)載點(diǎn)的取值范圍到87.51% ～100%。

2.5 光伏電站發(fā)電量評估

采用光伏電站現(xiàn)場測試得到的組件參數(shù)、損耗參數(shù)以及電站提供的光伏電站常年輻照度、組件與逆變器的匹配情況等信息，通過發(fā)電量評估仿真軟件對光伏電站整體發(fā)電量進(jìn)行仿真評估。現(xiàn)場對西北地區(qū)某30 MWp光伏電站開展了光伏電站發(fā)電量評估。該光伏電站只采用一種類型光伏組件，單板組件容量為250 W，匹配逆變器為某型號1 MW光伏逆變器，組件Ⅰ－Ⅴ測試結(jié)果如表6所示。

表6 光伏組件測試參數(shù)

測試得到的光伏電站主要損耗參數(shù):組件適配損耗為0.79%，組件積塵損耗為 3.22%，線纜損耗為1.50%。仿真得到光伏發(fā)電站逐月PR值，如圖5所示。統(tǒng)計(jì)得到光伏電站全年發(fā)電量為 47 790.00 MW·h，電站投運(yùn)首年P(guān)R為81.53%。取第二年后年功率衰減為0.8%，得到未來二十年發(fā)電量評估結(jié)果，如表7所示。

圖5 光伏發(fā)電站逐月PR值

表7 光伏電站未來20年發(fā)電量評估結(jié)果

3 結(jié)束語

從光伏電站工程建設(shè)質(zhì)量出發(fā)，給出了光伏電站組件衰減率、組串串/并聯(lián)失配率、光伏系統(tǒng)性能比PR、光伏逆變器轉(zhuǎn)換效率的現(xiàn)場測試方法，并結(jié)合光伏電站給出了實(shí)際檢測結(jié)果，最后根據(jù)各項(xiàng)指標(biāo)的測試數(shù)據(jù)帶入仿真軟件，計(jì)算得出光伏電站逐年的發(fā)電量評估值，為光伏電站工程驗(yàn)收、質(zhì)量檢查以及后期運(yùn)行維護(hù)，以及為提高光伏電站發(fā)電效率和發(fā)電量給出了工程測試依據(jù)。

［1］國家電網(wǎng)公司，Q/GDW 617－2011，光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定［S］.北京:中國電力出版社，2011.

［2］國家電網(wǎng)公司，Q/GDW 618－2011，光伏電站接入電網(wǎng)測試規(guī)程［S］.北京:中國電力出版社，2011.

［3］國家電網(wǎng)公司，GB/T 19964－2012，光伏發(fā)電站接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定［S］北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012.

［4］國家電網(wǎng)公司，GB/T 29319－2012，光伏發(fā)電系統(tǒng)接入配電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定［S］.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012.

［5］北京鑒衡認(rèn)證中心，CNCA/CTS|0004－2010并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)工程驗(yàn)收基本要求［S］.北京:北京鑒衡認(rèn)證中心，2011.

［6］ IEC62446，Grid connected photovoltaic systems-Minimum requirements for system documentation，commissioning tests and inspection ［S］.IEC，2009.

［7］中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會等，GB/T18210－2000，晶體硅光伏(PV)方陣I－V特性的現(xiàn)場測量［S］.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2000.

On-site Test Technology for Power Generation Performance Evaluation at the PV Power Station

LIU Shu1，LIHong-tao2，ZHANG Shuang-qing2，DING Ming-chang2，DONG Ying-hua2
(1.State Grid Shanghai Electric Power Co.Electric Power Research Institute，Shanghai200437，China;2.China Electric Power Research Institute，Nanjing Jiangsu210003，China)

Faced with rapidly developing PV power generation industry in China，most of research institutions and grid companies pay more attention to grid security and stability factors related to large-scale grid-connected PV power generation，while economical efficiency and invalidation attributable to PV station power generation performance is neglected.This paper presents an on-site acceptance inspection technology for the quality of ontology construction of PV power generation projects，and verifies the generality and high efficiency of this test technology through an actual inspection example of a PV power station.

PV power station;engineering quality;power station invalidation;on-site test;power generation performance evaluation

10.3969/j.issn.1000 －3886.2015.06.012

TM615

A

1000－3886(2015)06－0035－04

定稿日期:2015－08－31

劉舒(1987－)女，吉林人，工程師，從事分布式電源、微電網(wǎng)技術(shù)研究。 李紅濤(1982－)男，河南人，工程師，從事太陽能檢測技術(shù)研究。 張雙慶(1986－)男，山東人，工程師，從事太陽能檢測技術(shù)研究。

丁明昌(1984－)男，河南人，工程師，從事太陽能檢測技術(shù)研究。 董穎華(1985－)男，江蘇人，工程師，從事太陽能檢測技術(shù)研究。