光伏电站直流线损的两种测量方法对比分析

特变电工新疆新能源股份有限公司　■ 刘佳尉王静 汪婷婷 陈凯旋

光伏电站直流线损的两种测量方法对比分析

特变电工新疆新能源股份有限公司■ 刘佳尉*王静 汪婷婷 陈凯旋

针对光伏电站直流线损进行了实验测量，测量过程中分别使用了两种方案，即直接测量功率的方案和通过测量电压电流来计算直流线损的方案。对两种方案的测量结果进行了对比和分析。结论表明，通过测量电压电流来计算直流线损的方案更为适用于电站现场的检测。

光伏；直流线损；实验测量

0　引言

直流线损即直流电缆在输送电能的过程中产生的损耗，主要是电流通过直流电缆时，在直流电阻上产生的损耗。直流线损是影响光伏电站系统效率的主要因素之一，大小直接影响到光伏电站的PR值，造成电站发电量减少和投资收益降低。直流线损过大会导致直流电缆温升过高，直接影响电缆的使用寿命。因此，有必要对光伏电站的直流线损进行测量。

1　实验方法

引起直流线损的主要因素包括：环境温度、线缆长度、工作电压、工作电流。光伏电站的直流线损主要由两个部分组成：组串至汇流箱的直流线损和汇流箱至逆变器的直流线损。

直流线损的测量从原理上来讲，可分为直接法和间接法两种。直接法通过直接测量始端和末端两点的直流功率值，两者之差即为直流线损。间接法通过测量始端和末端两点的电压值得到电压降，再测量任意一端的电流值，即可计算得到直流线损。

1.1I-V曲线测试仪测量方案

1.1.1组串至汇流箱直流线损的测量

直接法测量组串至汇流箱直流线损时，需要对选定汇流箱所连接的所有组串进行测量，功率值的测量主要使用I-V曲线测试仪来实现[1]。组串至汇流箱接线原理图如图1所示。

图1　组串至汇流箱接线原理图

以组串1为例，直接法测量直流线损时首先断开汇流箱直流断路器和组串1对应的熔断器QR1，然后用I-V曲线测试仪在QR1处和QR1处分别测量该组串的I-V曲线，测量时应保证辐照度＆gt;800 W/m2且变化幅度在-1％～1％范围内[2]。在数据计算时，应将测量的功率值分别换算至STC条件下的数值，计算得到STC条件下的直流线损百分数。

1.1.2汇流箱至逆变器直流线损的测量

直接法测量汇流箱至逆变器直流线损时，需要对选定直流配电柜所连接的所有汇流箱进行测量，功率值的测量同样使用I-V曲线测试仪来实现。汇流箱至逆变器直流配电柜的接线原理图如图2所示。图2中，QF的编号由2位数字组成，其中第1位数字表示开关所处的位置层次，第2位数字表示回路的编号。比如对于所有汇流箱而言，其开关编号的第一位数字都是1，对于所有直流配电柜而言，其开关编号的第一位数字都是2。汇流箱开关和直流配电柜开关编号的第2位数字都是和汇流箱编号对应的。因此，QF1n表示汇流箱n的出线断路器，QF2n表示汇流箱n接入直流配电柜对应的进线断路器。

图2　汇流箱至逆变器直流配电柜接线原理图

以汇流箱1为例，直接法测量直流线损时，首先将被测逆变器停机，并断开直流侧总断路器及交流侧总断路器，用I-V曲线测试仪在QF11上端和QF21下端分别测量该汇流箱的I-V曲线，测量时应保证辐照度＆gt;800 W/m2且变化幅度在-1％～1％范围内。在数据计算时，应将测量的功率值分别换算为STC条件下的数值，计算得到STC条件下的直流线损百分数。

1.2万用表和直流钳测量方案

间接法测量时，主要使用的设备为万用表、直流钳、辐照仪和温度仪，其中辐照仪和温度仪集成在I-V曲线测试仪上。万用表用于测量始端和末端的电压值，直流钳用于测量线路上的直流电流值[3]。

1.2.1组串至汇流箱直流线损的测量

间接法测量组串至汇流箱直流线损时，要选择距汇流箱距离为远、中、近的3个组串分别进行测量，然后取平均值作为该汇流箱对应的直流线损值。

组串至汇流箱直流线损测量原理图如图3所示。具体测量时，首先要根据设计图纸及电缆清册表，确定到选定汇流箱的距离为远、中、近的组串，然后在被测组串终端QC1(或QC2、QC3)分别用万用表和直流钳测量组串的输出电压和输出电流。打开汇流箱，在被测组串对应的熔断器QR1(或QR2、QR3)的下端用万用表测量该组串在汇流箱处的输入电压，当辐照度＆gt;800 W/m2且变化幅度在-1％～1％范围内时开始测量。在同一时刻记录组串的输出电压和电流、汇流箱处的电压、辐照度和温度数据，作为该组串的一组数据。将以上电压、电流数据换算成STC条件下的数值，计算电压损失百分比。

图3　组串(远、中、近)至汇流箱直流线损测量接线原理图

1.2.2汇流箱至逆变器直流线损的测量

间接法测量汇流箱至逆变器直流线损时，要选择距逆变器距离为远、中、近的3个汇流箱分别进行测量，然后取平均值作为该逆变器对应的直流线损值。

汇流箱至逆变器直流线损测量原理图如图4所示。具体测量时，首先要在电缆清册中确定到选定逆变器的距离为远、中、近的汇流箱。在被测汇流箱中断路器QF11(或QF12、QF13)下端用万用表和直流钳测量汇流箱的输出直流电压和直流电流；在逆变器直流配电柜输入端，断路器QF21(或QF22、QF23)下端用万用表测量逆变器输入直流电压，当辐照度＆gt;800 W/m2且变化幅度在-1％～1％范围内时开始测量。在同一时刻记录汇流箱的输出电压和电流、逆变器直流配电柜处的电压、辐照度和温度数据，作为该汇流箱的一组数据。将以上电压、电流数据换算成STC条件下的数值，计算电压损失百分比。

图4　汇流箱(远、中、近)至逆变器直流线损测量接线原理图

2　实验结果

根据实验结果绘制曲线，如图5和图6所示。其中使用直接法测量直流线损的实验分别在项目B和项目C进行，对选定汇流箱的每个组串和对选定逆变器的每个汇流箱均进行了测量，结果如图5所示。

图5　直接法测量直流线损

用间接法测量直流线损的实验在项目A～D分别进行，对选定汇流箱测量了距其距离为远、中、近的组串直流线损，对选定逆变器测量了距其距离为远、中、近的汇流箱直流线损，结果如图6所示。

图6　间接法测量直流线损

以上每个实验，每个参数均测量3次，取其平均值作为最后分析时使用的测量值。

3　实验结果分析

从实验结果可看到，使用直接法用I-V曲线测试仪得到的结果，没有明显的规律，而使用万用表间接测量的结果规律性非常明显。

根据实验原理，产生上述情况的原因可能包含以下几个方面：

1)环境因素：虽然在计算时采用了STC修正，对直接法的测量结果按辐照度和温度进行了修正，但是其他的因素影响并未进行修正。如风速和风向的影响、组件表面积灰的影响等。

2)测试时间的影响：直接法对于一段电缆上的损耗，分别在两个不同时间测量，首先测量一端的功率然后再测量另外一端。在极端情况下，两次测量的外部环境可能变化很大，甚至可能出现两次测量的间隔时间在两天以上的情况。而间接法对于一段电缆上的损耗分别在两端同时测量，尽可能地保证外部环境的稳定，使测得的一段电缆上的损耗更接近真实值。

3)测试方式的影响：直接法测量时为离线状态，组串直接与I-V曲线测试仪模拟负载连接，测量值受组串自身的特性和I-V曲线测试仪的模拟负载特性影响较大，各个组串在测量时的工作状态之间没有直接联系。间接法测量时为在线状态，各组串的工作状态受逆变器MPPT调节的控制，使各个组串工作状态趋于一致，而且万用表和直流钳在测量过程中对组串工作状态不产生影响，因此测量受到外部因素影响时的响应也较为一致。

4　结论

综上所述，直接法在时间成本和测量结果规律性方面均不如间接法。因此，在电站现场进行直流线损实验测量时，推荐使用万用表和直流钳测量方案。

[1] GB/T 6495.1-1996，光伏器件第1部分：光伏电流—电压特性的测量[S].

[2] GB/T 6495.4-1996，光伏器件第4部分：晶体硅光伏期间的I-V实测特性的温度和辐照度修正方法[S].

[3] CNCA/CTS 0016-2015，并网光伏电站性能监测与质量评估技术规范[S].

2015-11-02

国家高技术研究发展(863)计划(2011AA05A305)

刘佳尉(1985—)，男，研究生，主要从事光伏电站系统集成方面的研究。lj0032@126.com