并网光伏发电站在线监测与状态评估系统

张宁海

摘要：随着近年来我国的光伏发电事业发展迅猛。并网光伏发电站在日常运行过程当中光伏发电组件是其核心工作区域，因此建立一套具有安装方便、成本低廉、实时性强、灵敏度高等优点的并网光伏发电站在线监测与状态评估系统对于并网光伏发电站的日常工作运行是十分必要且重要的。

关键字：并网、光伏发电站、在线监测、状态评估

“十四五”规划建议提出，要抓紧制定2030年前碳排放达峰行动方案，支持有条件的地方率先达峰，并就“碳中和”议题提出具体要求和目标。“碳中和”议题被今年两会参会代表委员们多次提及。在力争2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和的国家大战略背景下，各行各业势必迎来新的变革与挑战。贯彻落实碳中和政策，构筑竞争新优势的低碳发展战略，以经济社会发展全面绿色转型为引领，推动节能环保、绿色消费、低碳经济等将是企业高质量发展的重点目标之一，而率先达峰的组织，将具备技术优势、资源优势、规模优势等有望在未来加快兼并重组，获取更多的行业份额，引领低碳新发展。自巴黎协定后，碳中和势在必行，国内外各领域标杆企业都已纷纷陆续公布了碳中和目标，并紧锣密鼓地为实现达峰作准备。

一、并网光伏发电站的简单介绍

1.并网光伏发电站简述

一套完备的并网光伏发电站设备包含光伏组件、逆变器、控制器、支架等其他配件。一般而言，并网光伏发电站是和国家电网连接在一起的，没有电能的储能装置，直接通过逆变器转换成国家电网需要的电压要求，并优先供用户使用，如果电站所产生的电量满足不了用户用电需求，就从电网中补充，否则，余电上网。

2.并网光伏发电站工作原理

尽管光伏发电站分为并网光伏发电站与离网光伏发电站，但是彼此的工作原理基本相同。并网光伏发电的工作原理是借助半导体材料的结界面（PN结）产出的光生伏特效应直接把太阳能转变为电能的一种方法。当太阳光辐射到光伏组件（太阳能板子）上，在光生伏特效應下，将太阳能直接转化为直流电流，通过逆变器转变成为交流电，交流电可直接并入用户侧或升压后并入电网（没有电能储备的过程）。

3.并网光伏电站的主要组成元件

光伏组件是光伏发电站系统核心光伏器件，还是太阳能发电系统里最重要的部件。控制器功能是调控光伏组件所产出的电能，将调控整合后的电能送去直流负荷端，并且将富余电能送到蓄电池组存储。逆变器的最首要作用是整流——即把产生的电流的直流形式转换成电流的交流状态的设备。方波逆变器多用在对谐波需求不高的光伏系统里。储能设备，即蓄电池组的作用是储存太阳能电池板在日光的照射下发出的电能（直流电源）并随时准备向负载供电，一般是光伏电站中多占成本很高的部件。

二、并网光伏发电站日常运行中的故障分析

1.光伏组件

光伏组件在长期运输和安装的过程中出现隐裂现象或者由于选址不当、落叶和鸟粪、灰尘等造成热斑效应或者出现裂纹。造成整块板子无电甚至至影响整组光伏方阵。

2.光伏直流电缆

光伏直流电缆是指连在光伏板与汇流箱、逆变器之间的线路，在长期日照或者地下掩埋下，由于雨、雪等天气会造成线路的老化和短路、断路等现象。

3.通讯故障

常见的通讯故障为通讯地址错误、通讯盒烧坏、通讯端口松弛、电源插头被拔掉、通讯接口积灰等，很容易造成通讯中断，难以监测到光伏电站时实运行状态。

4.逆变器故障

常见的逆变器故障可分为：交流侧无电流输出;直流侧电压不在设定的正常范围;开机无反应;逆变器发热;多台同时运行时报故障;漏电流;并网柜电弧放电故障;出厂电压参数低于国网电压脱网等。

5.无功补偿故障

并网时，由于逆变器、CT端接线问题等造成无功补偿不足或无功补偿退出等。

6.孤岛故障

光伏发电并网中，出现孤岛效应的前提如下：发电装置输出的功率与孤岛系统中的负荷相符合，即相位平衡时;电网因故障、维修、电压不稳定等因素造成供电中断;发电装置不能检测到孤岛效应（检测盲区或检测无效）等。

7.并网光伏电站短路故障

短路故障有单相接地故障、两相非接地故障、两相接地故障、三相故障等。

除了上述七类故障以外，还有一些其他日常运行过程中会出现的故障由于篇幅问题未能详尽。

三、并网光伏发电站在线监测与状态评估系统的对策

1.并网光伏电站发电站功率监测技术

为了提高光伏电站的运行可靠性，减少光伏发电功率波动对电网的危害，目前主流的做法是采用由静止同步补偿器和储能系统构成的新型功率补偿器。另一种做法，则是借助短期功率预测算法，提前预判光伏电池板阵列的发电出力，再结合采用功率补偿装置，及时调整光伏电站的工作状态，以降低光伏电站功率波动对电网的危害性。

2.光伏电站环境监测技术

环境条件是影响光伏电站发电功率的重要因素。目前在光伏电站实施的环境参数监测，主要涵盖温度、光照强度、光伏阵列表面清洁度等。目前有关光伏电池板表面清洁度监测技术的研究，大多是基于发电功率变化、气象条件、温湿、光伏电池板电流等较容易直接测量的数据信息来间接反映光伏电池板表面的清洁度。

3.光伏电站故障诊断技术

在光伏电站，光伏电池板产生的电能先经过汇流箱，再经逆变器接入电网。运行记录大数据表明，光伏电站中出现的故障，多发生在逆变器部位。此外，由于光伏电站中光伏电池板阵列规模一般很大，若其中逆变器以外的其他部件发生故障，其故障定位也并不容易。具体根据光伏电站故障诊断机制的不同，将光伏电站故障诊断技术分为故障的非智能诊断和智能诊断两大类。光伏电站故障的非智能诊断技术，是指未采用人工智能算法，而是直接通过对比实际测量数据与理想条件下的数据来分析光伏电站运行状况，判断故障是否已发生的诊断技术。而目前用于故障诊断的人工智能算法主要有BP神经网络算法、聚类算法、关联规则、贝叶斯算法等等。目前，由于人工智能算法在很多工程技术领域中的故障分类及定位上都有上佳表现，因此对光伏电站中故障的智能诊断技术研究越来越受到重视。

4.光伏电站监测系统通信技术

光伏电站占地面积通常很大，其中的光伏发电设备分布较为分散，因此为实现对光伏电站内分布装设的光伏发电设备的运行状态进行有效监测，还需要构建一个可靠、高效的通信网络。因此在实际搭建光伏电站监测系统时，还应根据所建光伏电站规模的大小进行合理取舍，从而选定更为合适的通信技术实现方案。

结束语

综上所述，光伏组件的运行状态受环境气候因素影响很大，难以直接利用标准条件下的性能参数为基准对运行中的光伏组件做出评价。并网光伏发电站若要良好的运行，需要各个环节的设备完好且相互匹配。施工前，做好对并网光伏发电站建立充足的前期调研，施工设计等工作。定期检测并网光伏发电站系统中的各设备运行情况，如若发现故障或造成故障出现的安全隐患及时反馈并进行保养维护。培养并配备专业技术人员对并网光伏发电站进行维护。加强培养光伏领域的专技人员的专业知识、实践动手操作能力。做好对光伏电站的远程监测管理工作。能够实时发觉电站运行过程里出现的故障等，及时启动应急装置，断开电路保护相关设备。运维人员根据远程监控的反馈内容，准备好相应的处理方案和工作进行检修操作，减少了不必要的人员来回路程浪费，缩短维修周期。注意光伏电站四周环境卫生的清理。不遮盖光伏组件，并定期清洗光伏组件，注意防雷，增加发电的转化率。

参考文献

[1]任朝阳，曹自平，杨锋.分布式光伏发电检测系统的设计[J].微型机与应用，2015（24）.

[2]陈凌，韩伟，张经炜.基于数据融合的光伏组件故障诊断[J].电网技术，2017（06）.

华电国际宁夏新能源发电有限公司 宁夏 银川 750001