分布式光伏发电集控运行的管理分析

中广核新能源投资（深圳）有限公司云南分公司 王 骁 严明科 赵 亚

分布式光伏发电按照目前的产业发展形态来看，特指采用一系列光伏组件把太阳能直接转换为电能的分布式发电系统。其中，屋顶光伏发电尤其能满足大规模光伏发电的需求，因此备受重视。分布式发电与互联网技术紧密结合起来，高筑的每一个建筑物都可能变成一座发电的主体，不仅能够为人们解决建筑用电的难题，也带来了诸如电力的输送方式、信息传播、人们的生活方式和工作方式以及战略性新兴产业发展的巨大变化。

1 国内分布式光伏发电的现状调查及前景分析

1.1 现状调查

作为一种新型的、具有广阔发展前景的能源综合利用方式，分布式光伏发电一贯致力于规模化、集中式的开发建设，发展势头正猛，这也是落实国家“碳达峰 碳中和”战略目标任务、推动绿色经济的重要举措。我国分布式光伏从2013年以来大踏步前进，共有15个支持政策相继出台。“十四五”明确了超258GW 以上光伏等可再生能源新增装机目标，“两个一体化”（风光水火储一体化、源网荷储一体化）基地和分布式光伏被作为能源转型的重要发力点。相关数据显示，2020年我国大型集中式电站占比为67.8%，分布式电站占比为32.2%。随着光伏在建筑、交通等领域的融合发展，叠加户用的应用规模，屋顶分布式光伏将加速发展，预计未来分布式将成为实现“碳达峰”和“碳中和”目标的主力军之一。从技术角度来看，光伏大规模的分布式接入极其考验网络运行的质量和局部电压的稳定性，这也给众多开发商和电网运营商布下一个难题，技术博弈之间，分布式光伏发电站已经在众多地区悄然林立。

我国早期的分布式供电多为单辐射状的10kV配电线路，安全系统较低，运行速率也无法满足各种配网结构的要求。在城区改造过程中，国内政策逐渐向环网供电、开环运行的方向倾斜，推动分布式光伏接入传输线，在保护线路、维护系统安全运行的基础上达到传输功率低负荷运行的标准，并且能够保证电压偏差不会超过安全运行的技术指标。以此同时，为了进一步抑制分布式光伏接入对电压变化的影响，国内分布式光伏电站的变压器普遍选用可控型变压器。经过多年的摸索实验，我国分布式光伏开发商充分对标其他光伏安装量较多的国家，及时发现了分布式光伏接入并网后安全运行范围和频率的变化，对分布式的短路能力进行改造和抑制，在配电系统规划、分布式系统设计中充分考虑到短路电流的影响，进而有效解决了分布式电网在升压及长途运输中的损耗问题。

按照规定，分布式光伏必须接入公共电网，与公共电网一起为附近的用户供电。根据公开数据，仅利用现有建筑的屋顶，中国分布式光伏发电的市场潜力将达到3亿千瓦[1]，与此同时，长期以来以燃煤发电为基础的国内供电结构造成了严重的环境问题，因此利用太阳能光伏发电，结合用户对分布式电源的需求，同时成本的降低将大大增加光伏产业的利润，这将继续吸引资本投资，促进光伏市场的发展。

1.2 存在的问题分析及发展前景

从我国特有的地理条件和人群居住分布状况来看，分布式光伏发电可以说是大势所趋。然而，在推进分布式光伏大规模发展的过程中，也存在着诸如以下几点阻碍因素：一是从2021年开始，除户用光伏以外，光伏项目将全面去补贴，进入平价时代；二是我国城市的屋顶设计结构和产权等问题较为复杂，承载能力有很大的差异，且业主的接受度也并不高。据调查，业主的积极性是影响分布式光伏发电发展速度的关键因素[2]，这也大大增加了分布式光伏系统布局的难度；三是分布式光伏的运营维护能力有待提高，尤其是偏远地区。分布式光伏电站往往建立在较为偏僻的地方，运行维护比较困难，一旦出现故障，无法及时发现和处理，这在一定程度上影响了光伏电站的使用寿命和发电效益。

尽管在推进的过程中存在着种种难题，不可否认的是，分布式光伏发电产业作为新能源开发利用的先行棋，正在以势不可挡的态势向前发展。面对土地资源稀缺现状，屋顶分布式光伏发电又无疑将成为解决新能源利用问题的满意方案，早在2012年，我国政府就先后出台了一系列政策，为光伏分布式发电给出了前所未有的利好发展政策。现阶段，国家能源局又再次下发了国内各地市推进分布式光伏（屋顶）发电的方案通知，国家能源局亦发布分布式光伏重大利好政策，《关于报送整县（市、区）屋顶分布式光伏开发试点方案的通知》大力支持分布式光伏市场的开拓，拟在全国组织开展整县（市、区）屋顶分布式光伏开发试点工作。目前，已有超过20个省市发布推动分布式光伏整县项目相关文件，预计在接下来5年内，我国分布式光伏发电产业将在发展思路、方式方法上达到一个新的高度，进入放量增长阶段，市场空间或超亿万元，成为新能源集控发展、规模发展、品牌发展、产业发展的新标杆。

2 国内分布式光伏发电集控运行的管理分析

2.1 质量控制

分布式光伏发电项目的实施以系统运行质量问题和施工的质量控制为要点，主要包括支架基础、电池组件的土建安装、接地系统、预埋件、逆变器、箱变、监控报警系统等。需要尽可能地减少项目后期的维护工作量，主要涉及以下三个质量控制要素。

2.1.1 进度质量管理

项目的总进度取决于项目开发前，各专业设计人员提前介入到工程设计环节，通过集中讨论、现场勘测、各方交接配合等方式优化出项目的整体进度。进入项目可行性研究阶段后，需要有专业人员协助主办方审核招标文件、检测投标方资质，并在施工准备阶段做好工程建设方面、安全方面、人员管理方面的规整和培训。分布式光伏发电项目进度的把控，应在施工进度合理、光伏组件安装施工保质保量的基础上，尽可能地提升项目的施工质量。对此，施工方应该按照项目开发期间的实际情况依法依规地展开施工，对项目中需要用的附件、设备合规安装，保证性能，以防外力对项目的施工进度和施工质量产生不良影响。

2.1.2 过程质量管理

在具体的分布式光伏发电项目中，施工方需要在现场对人员、设备、系统、工序等细节准确把握，从工序质量到分项工程质量，保证全流程、全系统的质量控制。施工方应设立施工流程审批程序，交由经验丰富的专家进行评定，监控重大流程的实施，以预防为主，做好事后把关，重视检测队伍，狠抓施工人员的工作质量，以人员质量来保证施工质量。

2.1.3 技术质量管理

尽管项目展开前，施工方已经尽可能完善了各项标准和流程，但在建设技术及制度上，还需要建立完备的技术交底制度[3]。对项目现场接地装置、安装施工的材料要求、机具、作业条件、质量要求以及操作工艺等统一签署技术交底文件。由于在实际建设环节中，分布式光伏施工的技术标准不一，这一制度的建立可以使现场技术人员能够统筹合理地安排工作，搭建双向沟通交流的合作机制，一切以交工质量和技术质量为最高目标。

2.2 运行管理

在智能信息技术“精耕细作”的推进下，分布式光伏发电的运行管理方式方法已经从原来的分散管理模式向统一集控模式转变，呈现出智能化运行维护的特点：无人值守、规模化集中监控、数字化远程控制、智能化巡检维修，等等。随着光伏产业的持续发展，先进、高效、智能化将成为分布式光伏电站运行管理的新要求[4]。

2.2.1 集中监控

通过电力系统自动化的整体规划来实现光伏电站的集中监控，附加全站视频监控系统，是一项安全可靠、经济合理的运行管理要求，在成本控制的基础上实现了光伏电站运行管理的效率和质量。一般来说，传统大型集中光伏电站采用常规集控接入方式，常规集中监控的层级是由站控层、网络层和间隔层组成，站控层是整个集中状态的监视和控制中心，网络层融合进智能化管理设备，负责信息的采集、保护和管理，对于小规模分布式光伏而言常规接入方式成本偏高，可采用光伏后台通过数据采集服务器通过通信运营商移动网络上云方案接入，可在远程手机端或电脑端实现远程监控逆变器、汇流箱运行情况监控、电量查看、故障报警推送等功能，相比光伏电站常规接入集控方案，新接入方案初始建设成本降低14.5万～19.5万元，后续每月费用降低5000～5500元/月，按照25年光伏电站寿命周期可节约150万元集控运行成本。

图1 光伏集控常规接入方式

图2 分布式光伏集控新接入方式

2.2.2 无人值守

采用集中监控的光伏电站在运行过程中无需人工值守，是数字化控制系统从概念落地到具体生产的重要表现方式。在智能化控制系统深层次地植入到光伏电站后，通过成立现代化技术集控中心，在线配置参数、召唤数据，实现后台对电站远程遥控程序的控制。对于原本有可能出现的现场问题，集控中心每日按照巡视要求定期对监控画面及视频监控画面巡视检查，能及时发现设备异常情况，发现设备异常后在安排人员到现场进行消缺处理，以保证现场设备安全稳定运行，随着分布式场站数量的增加，无人值守模式将大大降低了分布式光伏电站人工成本。

2.2.3 集中检修

分布式光伏电站目前以屋顶光伏发电为主，设备分散，一般为无人值守模式，检修难度可见一斑。再加上电站模块组装和安装时的技术要求较高，逆变器汇流箱之间通信电缆、动力电缆铺设较长，一旦出现设备故障，很难及时检修、排除危险。当前，在智能化运行维护系统的扶持下，采用智能逆变器可以实现自动巡检、一键体检等功能，精确定位异常组串，借助于基础网格管理和产业大数据挖掘分析技术，找到最佳检修时机，合理避开分散检修的技术难题，定期无人机巡视，实现检修集中化、管理精细化、维护智能化。

2.3 安全管控

分布式光伏发电项目存在的安全风险主要集中在施工阶段和运行发电期间，具体的风险如火灾隐患、触电隐患、高空坠落等。随着分布式光伏发电迅猛发展，常见的安全隐患和事故频繁暴露[5]。

2.3.1 火灾隐患安全管控

施工方在采购所需的设备或组件时，要选择可靠的供应商，挑选好品牌，日常巡检时也要注意设备是否出现严重的发热或热斑现象。组件安装完成后，工作人员要在屋顶配备消防设施，按规定执行消防管理要求，视频监控系统需具有火灾报警功能，在摄像头区域有明火或烟雾情况摄像头会报警提醒，集控能及时发现隐患并通知屋顶物业方检查处理。防止出现火灾事故。

2.3.2 触电隐患安全管控

触电一般是发生在检修人员清洗组件火灾维修设备的情况下，在登顶检修前，要提前确认电源线十分破损，然后提前穿戴好专业防触电设备，戴好安全帽和绝缘手套，加强现场检修安全管理。另外，要防止外来人员无故闯入，门口设立提醒牌，视频监控系统需具有移动侦测及远程喊话功能，有人员未经集控允许进入光伏设备区视频监控软件会报警提醒，集控人员发现有外来人员进入厂区后，可通过远程喊话装置要求相关人员离开。

2.3.3 高空坠落隐患安全管控

在屋顶安装好光伏发电设备后，临边区域应该加装防护栏和隔离设施，并设立警示牌。检修通道尽量设置在屋顶内侧，防止维护人在屋顶边缘开展检修作业，且从地面到屋顶的检修爬梯也要安装到位，配备好安全带，严防因设备准备不足而导致的高空坠落事故。

3 结语

在国内重点普及、推进分布式光伏发电产业，是重视双碳目标、践行绿色经济的关键路径，也是发展绿色技术驱动、大规模系统性节能减排的重要因素。在分布式光伏发电产业快速发展的过程中，国家的政策引导固然重要，但企业创新性的运行管理也将发挥重大作用，通过质量控制、运行管理分析、安全管控等精细化管理，数据化驱动分布式光伏智慧化运维管理，提升分布式光伏发电效能，降低运维成本，这样才能在较快、较稳的基础上推进分布式光伏产业自上而下革新发展。