大规模分布式光伏并网后的运行维护技术探究

吴良谦

（国网江苏省电力有限公司宿迁供电分公司，江苏 宿迁 223800）

国家能源局数据显示，2022 年我国光伏新增装机达87.4GW，同比+59%，其中：集中式装机达36.29GW，同比+41.8%；分布式装机达51.11GW，同比+207.9%，已连续两年超过集中式电站。“双碳”行动方案不断实施的背景下，以“就地开发、就近利用”为主要特征的分布式光伏发电快速发展，其成为地区性电网电能来源的重要补充。大规模分布式光伏并网后，如何进行运行维护成为相关单位需要思考的主要问题。本文将基于此对相关运行维护技术进行探究。

1 分布式光伏发展现状

光伏行业是国家大力支持的战略性新兴产业，受到国家产业政策的重点支持。近年来，在“碳达峰”“碳中和”的顶层设计指引下，各项光伏行业支持性政策频出，通过指导装机规模、制定行业标准、提供财政补贴、政策优惠等途径扶持光伏行业的成长与发展。现阶段，分布式光伏发展成绩傲人。如表1 所示为2022年国内分布式光伏市场情况（选取分布式发展最好的7个省份）。

表1 2022 年国内分布式光伏市场情况

2 大规模分布式光伏并网的重要意义

2.1 实现可再生能源替代传统能源

大规模分布式光伏并网可以大大增加对可再生能源的利用，从而降低对化石燃料的依赖。这有助于保护环境，更好地应对全球气候变化。光伏发电是一种清洁、可再生能源，可以替代传统的化石能源，因此，大规模分布式光伏并网可以减少温室气体的排放，进而有助于减缓全球气候变化[1]。

2.2 切实提升能源利用效率

大规模分布式光伏并网可以优化电力系统运行，提高能源利用效率。光伏发电可以直接将太阳能转化为电能，所以，相比于传统的发电方式，具有更高的能效。同时，大规模分布式光伏并网还可以减少电力传输和分配的损失，提高电力系统的整体效率[2]。

2.3 平衡电网负荷

大规模分布式光伏并网可以平衡电网负荷，提高电力系统的稳定性。在需求峰值期间，光伏发电可以提供额外的电力，帮助维持电力系统的稳定[3]。而在需求较低的时期，光伏发电可以减少对传统发电机的依赖，从而降低运行成本。此外，大规模分布式光伏并网可以减轻电力系统的负担，提高电力系统的可靠性和稳定性。

2.4 降低能源成本

大规模分布式光伏并网可以降低能源成本，提高经济效益。虽然光伏发电的初期投资较高，但长期运营成本较低，因为太阳能是免费的，而且光伏发电的寿命通常长达20 年甚至更长时间。此外，大规模分布式光伏发电的接入，可以让电力系统的运行成本更低。

3 研究大规模分布式光伏并网后运行维护技术的必要性

分布式光伏发电模式大规模发展下，运行维护成为难题。主要体现在3 个方面：（1）缺乏技术手段支持。无论是自运维，还是委托运维，在信息化技术的应用方面仍然存在一定不足，依旧采取传统且被动的运维方式，包括定期人工巡检、现场人员人工报错等，不仅会导致工作效率十分低下，还会带来极大的运行维护成本；（2）未能全面实现集中化、实时化监控。现阶段，在运行维护方面还不能做到及时且有效地获取维护电站的运行状态信息，不能对大规模分布式光伏项目进行有效巡视，致使运行故障不能得到及时排除，电站发电效率低下；（3）运营分析难度较大。监控管理大多采用逆变器设备厂家免费提供的监控平台，日报、周报等信息，需要从不同平台中提取、汇总、分析，效率较低且集中监控管理难度大。同时，对各个地区运维人员无法实现全面监控考核。以上存在的局限问题促使相关单位必须进一步加强对大规模分布式光伏并网后运行维护技术的研究与应用。

4 大规模分布式光伏并网后的运行维护技术

随着太阳能技术的不断发展，大规模分布式光伏并网系统已成为未来清洁能源的重要方向[4]。然而，要确保光伏系统的稳定、高效运行，必须采取科学的运行维护技术。本文认为运维技术应当从以下几个方面展开。

4.1 远程监控技术

大规模分布式光伏并网系统由成千上万的光伏发电设备和辅助设施构成，它们的运行状态需要时刻关注。为了确保光伏设备的稳定运行，远程监控技术应运而生。通过传感器、数据采集器等精密设备，可以实时掌握光伏设备的运行状态，就如同医生时刻关注患者的生命体征一样。同时，结合云计算、大数据等高科技手段，对采集到的数据进行分析和处理，就如同病理分析一样，可以实现远程故障诊断和预警，将可能出现的问题扼杀在摇篮里，从而确保光伏并网系统稳定运行[5]。

具体来说，远程监控技术应当包含6 大模块：（1）数据采集模块：在分布式光伏电站的各种设备上设置数据采集点，通过数据采集模块实时收集电流、电压、功率等关键数据，以及设备的工作状态和其他运行参数；（2）数据传输模块：通过无线或有线网络将采集的数据传输到远程监控中心。对于没有有线网络的偏远地区，可以使用4G、5G 等移动网络进行传输；（3）数据处理和分析模块：在远程监控中心，使用数据处理和分析软件对接收到的数据进行处理、分析和存储。这些数据可以用于实时监控设备的运行状态、预测可能出现的问题，以及生成运行报告等；（4）远程监控模块：在远程监控中心，工作人员可以实时监控分布式光伏电站的各种设备和运行状态，可以远程控制设备的运行状态，调整设备的参数等；（5）数据安全模块：由于数据传输经过互联网等公共网络，有可能受到黑客攻击或数据泄露等风险。因此，需要采取有效的数据安全措施，例如使用VPN加密隧道进行数据传输，以保证数据的安全性和隐私性；（6）报警系统模块：当设备出现故障或异常情况时，远程监控系统可以自动检测并发出报警信号，及时通知工作人员进行处理，以避免事故的发生。

此外，为保证数据准确性，要选择精确度较高的传感器和数据采集器。如表2 所示为某数据监控系统设置情况。

表2 某数据监控系统设置情况

4.2 智能巡检技术

智能巡检技术凭借其独特优势，在光伏电站的运行维护中发挥着重要作用。这种技术主要分为自动化巡检和人工智能分析两个部分，为光伏电站的稳定运行保驾护航。通过无人机和智能巡检车等设备，自动化巡检可以迅速、准确地完成对整个光伏电站的全面检查，同时实时分析、处理这些大量的数据，为后续的人工智能分析提供基础数据支持。人工智能分析则通过对这些大量数据的深度学习和智能分析，精准预测、诊断潜在的故障和问题，并提供针对性的解决方案，从而实现对光伏电站的高效、精准运维。

4.3 故障诊断与处理技术

故障诊断与处理技术是通过对系统进行全面的检查和评估，以找出潜在的问题和故障。故障诊断与处理技术需要重视2 个方面：（1）数据分析。通过收集并分析监控数据，可以识别出系统中的潜在问题。例如，通过对逆变器的历史数据进行分析，可以发现逆变器的工作状态与发电效率之间的关系。当发现异常数据时，可以对相应设备进行进一步的检查和维修；（2）故障预测与预防性维护。在故障预测和预防性维护方面，利用大数据和机器学习等技术可以对大规模分布式光伏并网系统进行故障预测和预防性维护。通过对设备运行时的各种数据进行分析，可以建立起预测模型，以预测设备可能出现的故障时间和类型。这有助于运维人员提前发现潜在问题，并采取预防性措施进行维修和更换，从而避免系统停机或降低故障对整个系统的影响。因此，大数据与机器学习等先进技术的运用已成为实现故障预测和预防性维护的重要手段，是提升系统可靠性和稳定性的关键所在。

4.4 光伏板清洁维护

光伏板的清洁维护是保证光伏并网系统发电效率的重要措施。应根据当地气候和环境条件，定期对光伏板进行清洁和维护。具体方法包括：（1）日常清洁：定期清扫光伏板表面，去除灰尘和杂物。使用柔软的刷子或真空吸尘器进行清洁，避免使用过于粗糙的清洁工具，以防损坏光伏板；（2）中期维护：每季度对光伏板进行一次检查，包括电池片、接线盒和电缆等部件。清理光伏板边缘的落叶、鸟粪等杂物，并检查电池片的连接是否牢固；（3）深度清洁：每年对光伏板进行一次深度清洁，使用专用的清洁剂和柔软的海绵擦拭。注意避免使用刺激性的化学物质，以免对光伏板造成损害。

4.5 预防性维护

预防性维护是通过采取一系列预见性的措施，预防光伏系统出现故障。这包括以下几个方面：（1）温度监控：通过安装温度传感器，实时监控光伏板和逆变器的温度。若温度过高，应及时采取降温措施，以避免因过热导致的系统故障；（2）电压电流监控：定期监测光伏系统的电压和电流，确保其在规定范围内运行。若出现异常数据，应及时调整或更换受损部件；（3）设备检查：定期对光伏系统的各部件进行检查，包括光伏板、逆变器、断路器等，确保其正常运转。

4.6 在线故障隔离

在线故障隔离是在光伏系统中实现故障定位和隔离的关键技术。当发生故障时，通过以下措施将故障影响降到最低：（1）故障定位：利用监控系统及时发现故障位置，确定故障类型和原因；（2）快速隔离：一旦发现故障，应立即通过手动或自动方式将故障部件从系统中隔离，以防止故障扩大；（3）解决方案：根据故障类型和症状，迅速制定解决方案。这可能涉及修复、更换部件或联系专业技术人员进行处理。

4.7 系统性能优化

优化光伏系统的性能可以有效提高其发电效率和稳定性。以下是常见的优化措施：（1）最佳工作模式：根据实际环境和气候条件，调整光伏板的工作模式，使其在最佳状态下运行。比如在光照强烈时使用最大功率跟踪模式，以提高发电效率；（2）逆变器电压等级：根据实际情况选择合适的逆变器电压等级，以匹配光伏板的输出电压。这有助于提高电能转换效率和系统稳定性；（3）组件匹配性：确保所有光伏板和逆变器等组件的性能参数相匹配，以避免因不匹配导致的系统性能下降或故障。

5 结语

分布式光伏电源已成为我国能源战略调整的核心内容，是推进节能减排、应对气候变化的重要举措。新时期，相关单位要切实发挥自身积极性和主动性，围绕实际，进一步研究并落实大规模分布式光伏并网后的运行维护技术。