光伏发电系统实训基地建设探索与研究

敖 乐，王 泽

(国华投资蒙西公司，巴彦淖尔 015300)

0 引言

国家主席习近平于2020年9月在第75 届联合国大会一般性辩论上宣布，中国二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。为此，中国出台了一系列强有力的政策和措施，推动并实现碳达峰和碳中和(下文简称为“双碳”)目标。

2021年10月24日发布的《中共中央 国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》中提出，到2025年，非化石能源消费比重达到20%左右；到2030年，非化石能源消费比重达到25%左右；到2060年，非化石能源消费比重达到80%以上[1]。这些宏伟的目标数据体现了中国实现“双碳”目标的坚定决心。

根据中国科学院院士周孝信预测[2]，2060年中国能源电力发展趋势如图1所示。

图1 2060年中国各能源装机容量、发电量及其占比预测Fig.1 Prediction of installed capacity，power generation and its proportion of each energy source in China in 2060

据预测到2060年，中国太阳能发电装机容量达到34.224 亿kW，装机容量占比为50.1%。届时太阳能发电将成为新能源发电的领头军，大量优秀的光伏发电技术人员将被市场所需求。

传统光伏发电系统实训基地建设存在实训基地建设目标单一、实训基地管理模式老旧、高端实训设备短缺、实训内容与现场实际工作脱轨、学员动手能力不足等问题。为响应“双碳”政策，积极践行“能源兴邦，无碳未来”的目标，建设高标准光伏发电系统实训基地势在必行。本文从建设原则、建设规划、发展目标3个方面介绍了光伏发电系统实训基地建设的情况，立足于专业、先进发展，为新能源快速发展输出优秀人才，为实现“双碳”目标贡献力量。

1 建设原则

1.1 专业性原则

1.2 实用性原则

高端仿真设备内容的全面性、完整性可以拓展学员对光伏发电系统认知的视野。可操作的模块多、真实度高，基本与现实日常作业过程中的内容一致，学员在仿真设备上熟练操作后就能完全满足光伏发电现场的运维要求；仿真设备全面、系统的实训内容几乎涵盖了光伏发电的所有领域，采用仿真设备实训后，再通过真实设备的实际操作，学员能更高效地提升自身技能。

1.3 开放性原则

实训基地的建设既要考虑到为企业自身一线生产员工提供系统的培训服务，还要考虑承担面向社会和行业的相关职业技能培训的职责，因此其运作方式上强调工位性，讲求职业性，使学员在1个工位上就可以实现综合能力素质的训练，真正提高学员的实战应用能力。同时，还可利用实训基地为同行业企业员工提供同台竞技的机会，为加强同行业员工技术交流搭建良好的平台，为合作企业岗位培训提供专业实训基地[4]，从而实现资源共享和技术创新，为行业发展做贡献。

2 建设规划

为加快推进国华能源投资有限公司(下文简称“国华投资”)“一核两极一平台”发展战略，更好地实现国华投资“骐骥”人才工程落实、落地，国华投资蒙西公司联合优利康达新能源培训学院建设了光伏发电系统实训基地，为实现国家“双碳”目标贡献力量，为企业持续输出合格人才提供平台，为行业健康发展做标杆。实训基地主要围绕光伏电站主体设备的实际操作，整体分为光伏实训区和输变电实训区，其中，光伏实训区包括光伏发电综合实训区、汇流箱逆变器实训区、电工综合实训区、精密器件维修区、前沿技术展示区和户外光伏组件实训区；输变电实训区包括35 kV 开关柜实训区、继电保护实训区和户外输变电实训区。结合光伏发电现场实际情况，将实训区分为室内实训基地和室外实训基地。

2.1 室内实训基地建设

2.1.1 光伏发电综合实训区

光伏发电综合实训区配置光伏教学平台，模拟光伏电站日常工作所涉及的操作试验与测试工作。该区域可实现光伏组件特性实验、太阳能自动跟踪实验、太阳能蓄电池控制器实验、太阳能负载实验、光伏逆变器实验等，同时可以实现系统异常告警、工作票的正确填写及检查、设备状态监测、设备远程控制、工器具选取及使用、光伏发电系统设备巡视等。学员可以全面掌握光伏发电系统的结构组成、测量方法、操作流程，还可通过人工智能设置各种类型的异常状态，让学员重点实现安全工器具的正确使用，全方位的设备检查，发现问题后的规范操作，故障的检查与处理，从而锻炼学员的故障综合分析判断及处理能力，检验学员异常情况全过程规范处理的能力。同时，智能评分系统会根据学员处理操作的正确性和规范性评分，并总结出学员的不足之处。

2.1.2 汇流箱逆变器实训区

汇流箱逆变器实训区采用现场真实设备，包括光伏发电现场最常用的直流汇流箱和交流汇流箱，组串式逆变器和集中式逆变器，并通过设置安全防护隔离措施，保证学员的操作安全性。该区域是模拟仿真区的补充扩展，学员通过仿真系统全面掌握光伏发电系统的结构原理及测量操作后，再通过该区域的实际操作掌握真实汇流箱和逆变器的安装方式、结构组成及布局、线缆连接工艺、器件结构原理、器件的好坏识别及更换方法、综合故障的查验方法，以及规范操作等。培训学员回到工作岗位后能够自如解决实际问题，发现缺陷不足，制定更好的优化方案。

结合当前小学体育教学发展情况来看，整体的素质教育效率普遍较低，不仅在体育技能以及体育知识方面有所欠缺，特别是在德育培养方面还有一定差距，这点则是广大体育教师不可忽视的重要内容。在进行德育知识的讲授中，大部分教师同传授传统知识一样进行课堂讲解，并没有实现体育教学和德育教育相互结合，自然不利于学生的理解和消化，使小学体育教学中的德育教育效率普遍偏低。

2.1.3 电工综合实训区

电工综合实训区配置了2 台电工培训实操台、1 台高级维修电工培训台。以基础教学为主要目的，满足学员的基础培训。实训后学员可掌握电工基础知识、接线方法和工艺、电机正反转控制及拖动、电工电子综合技术、变频器综合操作等内容，由浅入深、循序渐进。同时挖掘现场有基础学员的潜能，为其提供学习及研究平台，提升其综合技能。另外，电控线路和电子实验元器件均可安装在垂直放置的安装板上，操作和器件更换均方便快捷，同时可以扩展功能模块，也可开发新的实验项目。PLC 可以实现的基本技能包括软硬件结构、系统组成、基本指令练习、接线、编程下载等。学员可以自己设计逻辑电路、验证正确性、优化方案，充分发挥想象力和创新力，增强学员的综合能力，可以解决学员“只会硬件而不会软件”的问题，全面提升一线员工的技能水平。

2.1.4 35 kV 开关柜实训区

配置1 套光伏电站真实35 kV 开关柜，方便学员对开关柜进行近距离了解和学习，解决学员由于设备长期带电运行而没有机会实操学习的需求难题。35 kV 开关柜是光伏电站操作频率相对较高的设备之一，具备该设备的规范操作能力、故障处理能力、保护校验能力是现场员工必须掌握的重要技能。通过2015—2017年3年对部分网省电力公司的调研发现，高压开关柜装用量为70802 面，其中，40.5 kV 高压开关柜15722 面，发生故障54 起，故障率为0.343 次/(百台 ·年)[5]，在电力系统中，故障发生频率较高。同时生产运行中的安全事故多由对35 kV 开关柜的结构和原理不熟悉或者操作不规范引起的。而实训基地配备的开关柜一次侧不带电，在操作练习时更加安全，学员可以通过大量的操作练习掌握关键运维技能，提升实战能力。

2.1.5 继电保护实训区

据2009年河北南网继电保护数据统计，继电保护正确动作率已经达到100%，实现了继电保护作业“零失误”[6]，即继电保护装置本身的真实故障基本趋于零，而且实际情况也验证了在风电场及光伏电站几乎很少由于继电保护装置出现问题，导致电力系统发生故障。由此可见，风电场及光伏电站的继电保护运行是较为稳定的，因此一线的员工缺少现场学习继电保护相关知识的机会，尤其是涉及实操部分内容。通过增加继电保护装置，学员可以通过学习掌握继电保护装置的结构组成、定值查验修改、保护校验传动等内容，可既安全又轻松地掌握继电保护相关技能，同时还可以通过试验验证自己的想法，分析保护装置的可靠性，通过不断练习，熟练掌握继电保护的结构原理、保护校验、规范操作，可以更好地为继电保护的安全、可靠运行保驾护航。

2.1.6 精密器件维修区

随着光伏电站运行年限的增加，各种器件出现故障的概率越来越高，如果光伏电站只要发现坏件就立即去更换，或者把坏件直接送到维修公司返修，虽然能满足光伏电站的正常运行，但会导致运营维护成本的大幅增加。结合现场返修经验，员工可以通过实训学习，自行处理一些简单的故障，可以节省成本。比如，光伏电站的光伏组件旁路二极管损坏，由于光伏电站光伏组件的基数大，现场员工如果能直接处理，可以减少经济损失和资源浪费。

2.1.7 前沿技术展示区

前沿技术展示区安装有宣传电视1 台、建设展台1 座。通过定制化设备模型、发明专利奖项、QC 成果奖、前沿科教宣传片等进行展示，充分提升学员对新技术的了解。激励更多的学员发现工作中的不足与缺陷，同时提出合理的解决方案，然后通过实训基地设备验证方案的正确性和合理性，不断地改进并完善现场的不足，实现设备高效、稳定运转。

2.2 室外实训基地建设

2.2.1 户外光伏组件实训区

户外光伏组件实训区安装有4 种类型的光伏组件共8 块，可实现对不同光伏组件的安装接线、组件接线盒及插头故障处理、组件清洗和组件巡检等日常工作。随着光伏电站运维智能化程度的提升，无人机巡检将成为光伏电站日常工作的主力，采用无人机对光伏电站中光伏组件进行集中式巡检的现场如图2所示。通过红外热成像挂件对光伏组件进行红外测温，为人工复核快速发现光伏组件异常提供有效手段；发现光伏组件异常后，还可通过更专业的EL 测试仪、I-V 测试仪确定光伏组件的具体问题。该方法与传统测试仪相比，具有便于携带、操作简便、画面直观等优点，学员应充分练习并掌握测试仪器的使用方法。

图2 无人机巡检光伏组件Fig.2 UAV patrol PV modules

2.2.2 户外输变电实训区

户外输变电实训区包括户外220 kV 电流、电压互感器各1 套，220 kV 隔离开关1 套。专项实训区安装有水泥杆塔1 套(带导线)，杆塔装设35 kV 防风型跌落保险1 组，安装箱式变压器1台，设备整体结构完全参考真实变电站布局，一次、二次设备均通过线缆连接，结构完全和真实电站一致。但是为了保障参训学员安全，一次设备不进行供电，二次设备的电压、电流均通过模拟装置进行。学员可以通过对输变电设备进行近距离学习，详细掌握其结构功能、运行原理、运行特点、规范操作和故障排查等知识点。利用继电保护测试仪、直流电阻仪、变比仪和绝缘表等仪器，可开展变电区设备常规预防性试验实训。

3 发展目标

3.1 培养一批优秀的实训教师

实训教学的高效完成离不开实训指导教师的指导，指导教师的能力和素质决定了实训的成功与否[7]。实训基地配备了专研光伏发电安装、调试、运行、维护的优秀技术团队；理论精通、技术精湛、经验丰富、水平一流的优秀培训师能够掌握并合理运用现代培训理念和手段，策划、开发培训项目，制定、实施培训计划；为实训基地提供良好的技术支持，同时也为学员在现场遇到的问题提供专业的技术答疑服务。通过与长期从事风电、光伏发电培训的优利康达新能源培训学院开展合作，利用其在一线的多年实训经验和先进的教学理念，提高现场专业培训师的实践能力。

3.2 提升运维人员的专业技术能力

通过实训基地真实、专业的实训设备，提升学员的技术水平和技术能力，规范学员在运行过程中的操作，避免安全事故的发生。同时实训基地作为国华投资光伏电站员工的培训摇篮，在培养更多专业人才的同时，专业的培训师团队为国华光伏电站提供远程的技术咨询和指导，全面提升光伏电站运维人员的专业技术能力。

3.3 开展围绕生产运维的技能评价

实训基地根据劳动和社会保障部发布的维修电工、变电站值班员、光伏发电运维值班员等考核培训技能的内容要求配置实训装置。通过实训操作，学员能快速掌握相关课程的实用技术与操作技能。实训基地培训内容与各劳动职业技能鉴定部门的考核内容接轨，通过实训基地培训后，可参加各劳动职业技能鉴定部门相应技能考核评价，满足了教考一体。

3.4 打造有效的技术研究平台

不管是国内的还是国外进口的光伏发电设备，一般都存在一定的隐蔽缺陷或设计不足，轻则影响光伏电站发电量，重则会造成事故的发生。光伏发电系统实训基地能为学员参与科研和技术研究提供很好的实验平台。充分发挥一线运维人员较易发现现场设备的缺陷与不足的优势，让有想法的学员尽情发挥自己的实战能力，通过这个平台能够施展学员的想象力、创新力，巩固成果，提升专业实战技能水平。

4 结论

本文对传统光伏发电系统实训基地存在的问题进行了深入研究，秉持专业性、实用性和开放性的建设原则，依据真实光伏电站的实际结构原理，合理规划实训设备和实训区域，并建设了光伏发电系统实训基地。所建实训基地是仿真和实操相结合的培训中心，仿真设备实训内容全面、完整、真实，实操设备先进、可靠、齐全，两者结合相得益彰，更能凸显培训效果，为新能源电力行业培养更多专业的一线技术人才，为更多的培训中心培养专业培训师，为大中专院校老师和学生提供学习和交流的平台，为实现“双碳”目标贡献力量。