浅谈光伏电站精益运维管理

吴鸣寰，吴光军，周 猛

(1.三峡大学电气与新能源学院，湖北 宜昌 443002；2. 湖北能源集团新能源发展有限公司，湖北 武汉 430072)

截至2018年底，我国并网光伏发电容量达1.7亿kW，当年光伏新增装机4 473万kW。光伏发电装机占全国发电总装机19.0亿kW约9.0%，已成为我国的主要电源之一。

光伏发电系统的特点是系统结构相对简单，设备数量庞大，易发故障点多，问题设备定位困难。针对上述问题，可加强设备规范化、标准化和精细化管理，探索精益生产就显得尤为重要。精，体现在精准、精细上，提高转换效率，力求实现度电必争；益，体现在成果、成本上，确保成果创造价值，成本能有效控制。

光伏电站精益运维实践操作，体现为优化运行方式、适时清洗组件及场区除草、逆变器清灰及散热、协调外部资源等抓手，实现降本增效，控制风险，消除隐患，安全高效。

1 光伏电站运行指标分析

1.1 典型地面并网光伏电站的组成

并网光伏电站的结构与组成见图1。

图1 并网光伏电站的结构与组成

1.2 光伏电站运营的关键指标

光伏电站运营指标见图2。

图2 光伏电站运营指标

1)太阳能资源。涵盖电站运行的环境资源情况，包括日照时数、太阳辐射量、气温、湿度、风力等多个指标。

2)发电性能分析。发电性能包括有效利用小时数、弃光率、上网电量、能耗情况等。

3)发电收益。除了发电利润方面，也包括电站运营期的度电成本及全部投资收益率评估。

4)发电安全稳定性。安全评价和可靠性管理。

5)设备性能与运维管理。光伏组件、逆变器、汇流箱、箱变、集电线路等设备性能的运维管理。

6)光伏电站的等效利用小时数。是评估电站发电能力的重要指标。

7)光伏电站的综合效率指标。是评估电站运行水平的关键指标。

8)分析电站损耗。光伏电站的损耗包括光伏方阵损耗、逆变器损耗、集电线路及箱变损耗和主变损耗等四种[1]。

2 光伏电站运维管理问题与对策

光伏电站没有旋转设备，设备巡视及隐患排查治理监管存在不足，拼设备可靠性水平较为普遍。设备管理存在的问题有：一是人员专业技能不足，一人多岗，对人员要求一专多能；二是设计、基建和移交生产验收把关不严；三是设备技术监督欠缺、运行指标及台账记录不详实完整；四是执行“两票三制”(工作票与操作票；交接班制度/设备巡回检查制度和定期切换试验与轮回检查制度)、“三措两案”(组织措施、技术措施和安全措施；技术方案/应急预案)等规程标准力度不够，安全生产与技术管理等制度不健全。

2.1 光伏电站人员培训

光伏电站工作人员一般是校招或是火电、水电厂转行引进，对光伏组件及逆变器的应用较少，特别是上网电量中谐波水平、电压与频率的波动管理提出挑战，加之光伏电站中组件、逆变器技术创新迭代类似摩尔定律，如何确保人员的专业技能培训有针对性和实效性，应建立健全培训体系及考评机制，有效提升人员专业技能水平或竞争力是电站安全生产的基石。

2.2 光伏电站设备技术监督、关键环节把关

光伏电站技术监督以“光伏发电单元专业”为核心，主要考评电站光伏发电主设备的性能、质量与管理状态。涵盖光伏现场发电系统的多项设备或部件，以及相关试验报告、管理运行资料等。

1)技术监督的方法。在工程转生产环节，监督投运设备运行性能，电站电气设备、集控系统运行情况，应按以下办法遵照执行(见图3)，可有效防范事故隐患。光伏电站技术监督以“光伏发电单元专业”为核心，主要考评电站光伏发电主设备的性能、质量与管理状态。涵盖光伏现场发电系统的多项设备或部件，以及相关试验报告、管理运行资料等。

图3

2)光伏电站质量监督节点，见图4。

图4 光伏电站质量监督节点

2.3 低效发电单元分析及处理

光伏电站在实际运行过程中，因杂草、灌木生长迅速，鸟类频繁活动的粪便及空气中灰尘附着，都会导致光伏组件遮挡及表面附着污渍，影响发电效率，甚至形成热斑进而烧毁组件。

1)草木遮挡清除。制定适宜的除草计划并实施，在日常巡检发现某组件存在零星的杂草遮挡时，立即进行清除。以湖北随州王子山光伏为例，每年安排三次光伏场区集中除草，两次全场组件清洗，能够保障全年组件表面基本保持清洁，同时避免热斑导致的组件损坏，降低场区发生火灾的风险。

2)更改接线方式。对于竖装双排安装的支架，传统的C型接线存在弊端，可能使得整个支架的光伏组件受到前排方阵的阴影遮挡，特别是山地光伏在冬季，遮挡影响更大。可将接线方式改成“一”字形，即相邻支架上排组件相互串联成一个组串，下排组件连成一个组串，可根治此类问题。

3)调整组件安装角度及地点。对于遮挡严重的或处于山坳中的组件，需要调整组串安装角度，组件安装离地应有0.6 m的高度，以免暴雨或泥石流掩埋组件事件。

4)逆变器清灰及有效散热。对逆变器应定期更换滤网，清理风道，确保有效散热。特别是对箱变基础、逆变器底部的积水需要定期处置，防止电力电缆及信号电缆长期泡在水中，导致事故隐患或风险。

5)利用SCADA后台进行筛选分析，特别是组串电流离散率分析，可通过红外热成像仪，辅以万用表、钳形表等测试工具，检测组件是否存在热斑、旁路二极管是否损坏，快速定位低效组件并适时更换备件处置。

2.4 光伏电站精益运维管理

光伏电站可规范作业流程，编制作业指导书。将倒闸操作、维护检修、设备巡视等工作统筹规划，对运行与维护各项工作职责进行分工，采用“无人值班，少人值守，集中监控、检修”的运维管控模式，可提升电站生产运维的集约化管理水平，达到减人增效的目标。

1)光伏电站调整运行方式，降低厂用电率。结合光伏电站不同负荷时的功率因数来设置无功无偿装置运行方式。如随州王子山光伏电站外送线路33.7 km，白天发电负荷在2万kW时，逆变器自身所发无功刚好能达到电网考核点功率因数为1，结合调度在功率因数低于0.9时进行考核，最终确定将无功装置的运行方式调整为：负荷超过1万kW上时停运，跌落至1万kW时投运，定补2.35 MVar。此举能够满足电网对功率因数的考核，同时优化主变、箱变档位，有效降低了综合场用电率。

2)光伏电站合理安排维护时间，减少发电损失。由于光伏电站的特殊性，除草、清洗、维护等工作尽量选择在清晨、傍晚或阴雨天(辐照度低于200 W/m2的情况下)进行，严禁选择中午前后或阳光比较强烈的时段进行除草、清洗。

3)设备责任到人。结合光伏电站设备多、占地面积大、巡检点多的特点，采取每个子阵固定责任人的方式，确保设备有人负责，根据关键绩效指标严格考核管理，奖勤罚懒。

4)建立智能化监控平台。通过数据对标管理，及时识别异常组串。定期利用I/V伏安特性曲线、红外成像设备、无人机巡视，钳形表，能有效发现低效组件，及时消缺后，可有效提升发电量约3%～5%。

5)备件管理，更换异常组件。对于已形成热斑、破碎或电压异常的组件，需及时更换，避免降低整个组串的效率。做好备品备件、易损易耗品采购管理，减少设备故障等备件的停机时间。

2.5 光伏电站的外部协调管理

1)场站环境管理。光伏场区面积大，设备分散，防火、防盗、防破坏等形势严峻，场站应依托当地村或乡镇政府力量，成立安保小组，负责光伏场区防火、防盗、防自然灾害、突发事件等工作，并加强事故隐患排查治理力度。

2)与电网调度有效沟通。场站应遵守调度纪律，加强沟通，降低因电网原因导致的限电、考核及停电风险。

3 结 语

2012年-2017年，光伏发电的LCOE(平准化度电成本)分别下降55%。2018-2023年，集中式光伏电站度电成本将下降25%，由2018年的0.43元/kW·h下降为2023年的0.32元/kW·h，其中22%由投资成本下降导致，3%是由效率提升贡献。我国的光伏发电行业发展模式逐步由补贴驱动转变为成本驱动。

总之，光伏电站的精益管理是一项长期工作，而传统的粗放式运维和管理模式，对于降本增效是一个很大的挑战，而光伏电站的运营指标分析是了解电站发电能力及营运水平，了解电站运行状态的技术途径。精益运维与技术监督工作则是围绕设备进行的，目的是提高设备设施可靠性，提升电站技术和管理水平，可保障光伏电站全生命周期的安全高效运行。