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量發(fā)展的新機遇?，F結合山東博物館光伏電站日常管理的工作經驗以及其他項目的調研情況，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量，推動我國太陽能發(fā)電事業(yè)健康發(fā)展。

關鍵詞：文化公益場館；分布式光伏；并網發(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，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)電市場將迎來高質量發(fā)展的新機遇。

山東博物館太陽能光伏并網發(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。結合電站日常管理的工作經驗以及其他項目的調研情況，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、并網光伏電站運維過程中的突出問題

1.1設計缺乏統(tǒng)籌性、前瞻性

在分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)現有水平的基礎上，設計時應綜合考慮方案實施的實際條件，如硬件設施、工作環(huán)境等，以發(fā)展的眼光規(guī)劃電站建設，既方便日常維護管理，又具備接駁未來先進技術的能力。在山東博物館逆變器工作的11年內，除日常維護外，機房內的設備工作正常，室外則已大修兩次。事實證明，逆變器根據太陽能電池板的單元劃分散布在場區(qū)內，位置設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)內部電路故障；設備選型更換不匹配、不兼容，會影響系統(tǒng)發(fā)電效率，給電網的安全與穩(wěn)定運行帶來隱患。

1.2生產和技術服務水平參差不齊

現階段，我國太陽能光伏發(fā)電已經步入商業(yè)化應用階段。光伏產品生產方面，市場供應商良莠不齊，產品質量波動大；技術服務方面，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。光伏電站建設初期，方案設計疏忽、設備質量缺陷、施工質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業(yè)了解不細致，職業(yè)素養(yǎng)低下，實操經驗匱乏，電站時常因操作不當而引發(fā)技術故障，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，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限。但是，當前光伏電站運行管理中確實存在權責不清、管理混亂的現象：單位部門間的管理界面模糊不清甚至留有管理空白，制度權責不完善、不明晰，導致業(yè)主和維保雙方產生消極怠工的態(tài)度，在電站運行、數據管理和維護保養(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，懶散現象時有發(fā)生。

1.4資產激勵策略不健全

長期以來，國有資產的管理研究習慣側重于資產顯性的投資收益，而隱性的、內在的資產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費中，沒有體現其突出的重要性，導致資產管理經常出現諸如績效考核目標不清晰、重使用輕管理、經費被擠占、產出效益不高等現象。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“自產自用”模式下潛在的能源節(jié)約，也應當及時撥付運維資金，積極探索可持續(xù)發(fā)展的資產激勵策略。

2、并網光伏電站運維管理建議

2.1優(yōu)化系統(tǒng)設計方案

文化場館設施平層面積大，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)應統(tǒng)一規(guī)劃設計，建筑外型協(xié)調美觀、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構改造和電氣安全性。

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

逆變器作為光伏發(fā)電系統(tǒng)的關鍵設備，其內部有電容、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，遮陰避雨、防塵防濕、通風散熱良好；安裝位置兼顧網點、組件兩者的距離，靠近網點則節(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澆混凝土方式建設，澆筑過程中，建議添加適量的防水混合劑到混凝土內，與屋面防水系統(tǒng)共同設計、集中施工，杜絕出現屋面雨水滲漏問題。

2.2選擇質優(yōu)價廉的光伏產品和技術服務

經過十多年的發(fā)展，我國光伏制造業(yè)已實現本土化生產，產業(yè)化技術水平和體系建設達到了世界水平，多晶硅材料、電池板組件、逆變器等生產成本下降明顯。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品的良莠，保證電站運營的壽命與品質。

光伏電站的全壽命周期長達二十余年，關鍵設備的品牌選擇和技術服務是決定電站收益的關鍵因素。由于技術的排他性，買方單位應慎重選擇品牌，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?，選擇合作意向目標。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支撐和研發(fā)投入，在產品質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)的組件電性能參數要盡可能一致。對于太陽能電池板之類的核心產品要注重光電轉換效率，而對于質量技術相對成熟的逆變器、變壓器、匯流箱、線纜等設備，在滿足設計參數的范圍內優(yōu)先選擇性價比高的產品。

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政策，緊跟光伏發(fā)電產業(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，根本任務是保持國有資產的安全完整，不僅要重視約束維保單位，確保運維質量，更要明確產權單位自身的責任和義務，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，檢查設備是否帶病運轉，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據，如天氣條件、發(fā)電時間、發(fā)電量、負荷情況、設備不良故障等。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，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)電將實現無補貼平價上網，相應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，確定科學的資產激勵方案迫在眉睫。

資產激勵，大部分產權單位側重于設備的維護責任，強調安全可靠，而諸如光伏發(fā)電等利用可再*能源進行節(jié)能降耗的資產具有隱性產出的特點，設備收益較易被忽視。

資產激勵的對象主要是產權單位。一方面，應注重資產的保*性，防止資產流失。公益類事業(yè)單位的經費主要來源于公共財政，決策經費的分配比例時，應留意開發(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，要維持資產的增值性，確保持*穩(wěn)定的經濟效益。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，提升資產激勵的導向性，促*可再*能源在公共建筑中的應用廣度和深*。

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)能夠實現“自產自用”，減輕負荷用電的部分壓力。在健全的政策激勵下，產權單位能夠從光伏發(fā)電系統(tǒng)的運維實況中獲取準確的反饋信息，查找客觀事實與設計初衷的差距，得出正反兩面的經驗教訓，形成項目效能評估報告，凸顯設備隱性的經濟效益。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，調動和提高人員的工作積極性和職責意識，不斷改進設計理念和節(jié)能技術；推動運維企業(yè)提高服務質量，規(guī)范員工的工作行為，避免出現權責不清、管理混亂的局面，將光伏發(fā)電系統(tǒng)的經濟社會效益發(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備，氣象設備以及攝像頭設備、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應用場所

目前我國的兩種分布式應用場景分別是：廣大農村屋頂的戶用光伏和工商業(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)結構

在光伏變電站安裝逆變器、以及多功能電力計量儀表，通過網關將采集的數據上傳至服務器，并將數據進行集中存儲管理。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。平臺整體結構如圖所示。

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，任何具備權限的用戶都可以通過WEB瀏覽器根據權限范圍監(jiān)視分布在區(qū)域內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、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。

●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)測現場環(huán)境，并且接入輻照度、溫濕度、風速等環(huán)境參數。

●顯示當前光伏電站逆變器接入數量及基本參數。

3.4.1.3逆變器狀態(tài)

●逆變器基本參數顯示。

●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。

●直流側電壓電流查詢。

●交流電壓、電流、有功功率、頻率、功率因數查詢。

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、直流側的數據。

●展示當前逆變器接入組件數量。

●展示當前輻照度、溫濕度、風速等環(huán)境參數。

●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、內容、發(fā)送結果、回復等。

●平臺運行日志：查看儀表、網關離線狀況。

●報警信息：將報警分進行分級處理，記錄報警內容，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

交流220V并網的光伏發(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

根據電網Q/GDW1480-2015《分布式電源接入電網技術規(guī)定》，8kW~400kW可380V并網，超出400kW的光伏電站視情況也可以采用多點380V并網，以當地電力部門的審批意見為準。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。分布式光伏接入配電網前，應明確計量點，計量點設置除應考慮產權分界點外，還應考慮分布式電源出口與用戶自用電線路處。每個計量點均應裝設雙向電能計量裝置，其設備配置和技術要求符合DL/T448的相關規(guī)定，以及相關標準、規(guī)程要求。電能表采用智能電能表，技術性能應滿足電網公司關于智能電能表的相關標準。用于結算和考核的分布式電源計量裝置，應安裝采集設備，接入用電信息采集系統(tǒng)，實現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，實現自發(fā)自用，余電上網。在380V并網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)電網和公共電網連接處也需要安裝雙向計量電表，用于計量企業(yè)上網電量，數據均應上傳供電部門用電信息采集系統(tǒng)，用于光伏發(fā)電補貼和上網電量結算。

部分光伏電站并網點需要監(jiān)測并網點電能質量，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量監(jiān)測裝置。部分光伏電站為自發(fā)自用，余電不上網模式，這種類型的光伏電站需要安裝防逆流保護裝置，避免往電網輸送電能，系統(tǒng)圖如下。

這種并網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)電數據和儲能系統(tǒng)運行數據，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

根據《能源局關于2019年風電、光伏發(fā)電項目建設有關事項通知》（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，需要滿足單點并網裝機容量小于6兆瓦且為非戶用的要求，支持在符合電網運行安全技術要求的前提下，通過內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。由于裝機容量較大，可能對公共電網造成比較大的干擾，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)、電能質量以及和調度的通信要求都比較高。

光伏電站并網點需要監(jiān)測并網點電能質量，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，經過直流柜匯流后接入集中式逆變器(直流柜根據情況可不設置)，經過升壓變壓器升壓至10kV或35kV后并入中壓電網。由于光伏電站裝機容量比較大，涉及到的保護和測控設備比較多，主要如下表：

4、結語

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。光伏產業(yè)作為我國能源產業(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保障，相關部門要加強管理，提升電站運營質量，推動我國太陽能發(fā)電事業(yè)健康發(fā)展

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