光伏發電站在實時監管系統的應用

王嫦春， 于忠州

(1.山東通亞智能科技有限公司，山東 濟南 710054; 2.山東英電環保科技有限公司，山東 濟南 710054)

作為新能源，光伏發電具有清潔性、可再生、不受地域限制等優點。在霧霾越來越嚴重的今天，不可再生能源的獲取越來越復雜的形勢下，光伏發電的這些優點使其勢必會成為今后能夠被大面積使用的前提。在《可再生能源發展“十三五”規劃》中也明確提出了要實現 2020、2030 年非化石能源占一次能源消費比重 分別達到 15%、20%的能源發展戰略目標，其中光伏發電 2020年要實現裝機容量10500萬千瓦，年發電量達 1,245億千瓦時，可節省標煤 3,673 萬t/a。提高可再生能源在能源消費中的比重，有利于推動我國能源結構優化升級。

隨著實時信息系統的發展，對歷史數據進行集中存儲，為大數據分析提供基礎。實時監管系統[1]將光伏及火電風電各種能源集中展示，便于信息共享和利用統一的分析工具進行數據分析，及不同能源間的直觀比較。

1光伏數據接入

利用信息技術，將光伏控制系統的模擬量和開關量測點通過數據傳輸接口程序[2]，將數據傳送給實時監管系統的接收程序，然后通過接收程序將數據寫入實時數據庫，進行存儲。數據傳輸中，具有低延時、大數據傳輸量、數據儲存周期長的特點，可達到滿足實時在線分析、歷史分析的目的。具體網絡結構如圖1。

圖1 數據采集流程

2 展示功能

2.1 運行展示

光伏系統運行圖進行集中、異地展示、根據客戶職能，靈活的進行展示方案的制定，滿足不同客戶的監視需求。另外，在公司側[3]對一次數據進行一定的計算處理，分析得到相關的計算指標，減少在控制區的分析功能，也保證了控制區的安全及運行速率。

由圖2、圖3直觀展示光伏發電的實時負荷，昨日和今日的發電負荷曲線對比每天負荷波動，光伏廠有多少臺光伏單元在運行，停運多少，停運原因都可以統計監管；也可以對比出每日發電量的峰、谷值及其對應的時間。另外對一次數據收集對比分析可進一步改進光伏單元的投運和管理，努力提高全站出力率。

圖2 公司光伏展示

圖3 電廠光伏展示

2.2 報表統計

利用分析軟件自動統計光伏發電指標報表。統計用戶關心指標數據，形成報表。減少人工填報誤差，節省人力成本，且能更快更準的記錄每天的發電量，生成日、月、年報表等。

表1為泗水光伏某天24小時的指標報表，報表中一天有效光照時間集中在7點到18點，而且在10點至14點這段時間光照最強，其余時間由于輻照度為0、則發電量為0，統計數據準確合理。

表1 光伏日報

2.3 設備監視

設備安全運行、經濟運行作為生產過程中重要的環節，運行數據很大程度反映了運行狀態，在實時監管系統中設備監視一覽表，可實現同時監視多家光伏設備是否正常運轉，采集設備相關信號，當設備跳閘后撥打指定用戶電話報警，值班人員能第一時間得到現場的設備運行情況，使得監視更加直接和及時。

例如圖4，通過并網狀態可見每個光伏陣列的并網情況，“1”即為并網，“0”即為未并。逆變器作為光伏重要組件，將直流電變成符合電網要求的交流電，逆變器效率更能夠真實的反映出逆變器在我國不同光照資源區的實際工作效率，對于評價逆變器發電量運行狀況更有參考意義，也為今后逆變器采購及如何提高逆變器效率的研究工作提供數據參考。

圖4 光伏陣列一覽表

3 在線計算

光伏性能參考標準[4]，計算采用軟件方式進行實時指標計算，在線計算標準參照火電標準[5],主要計算指標見表2。

表2 在線光伏性能部分指標

以上計算指標中平均輻照度、發電有功功率實時計算指標采用一次數據進行，涉及電量指標采用控制系統數據或者利用有功功率進行積分算出實時電量，都可以滿足性能計算指標。

其余指標計算為

⑴光伏電站整體發電效率：

整體發電效率PRE公式為：

(1)

PDR——為計算周期(△t)內的實際發電量；

PT——為計算周期(△t)內的理論發電量。

理論發電量PT公式中：

P——為光伏電站組件容量標稱值；

IO——為STC條件下太陽輻射總量值，IO=1000 W/m2；

Ii——為計算周期間內的總太陽輻射值。

計算周期(△t)的選取根據計算頻率的要求進行設置。在實際應用中，計算周期 (△t)采取每小時或者每5分鐘等。

⑵光伏電站發電效率：

光伏電站的發電效率 PRH

(2)

(3)

PDRi——光伏電站計算周期(△t)實際發電量，關口計量表或者實時發電有功功率進行積分；

P——光伏電站STC條件下光伏電站總容量標稱值；

Ti——光伏電站在計算周期(△t)發電有效時間；

Ii——計算周期間隔(△t)最佳角度總輻射量，采用現場輻射總量實時數據或者根據實時輻照度進行積分。

表3 光伏性能一覽表

利用計算對比總結，表3中監控系統的發電效率計算來判斷各個系統設備的損耗。采用逆變器效率歷史數據與客觀條件進行統計，分析和預測光伏組件是否需要清潔，通過優化設備選購及時清潔光伏組件保證光伏組件的轉換效率，以保證光伏電站的整體發電效率，最終保證光伏電站電量損失達到最低。

4 總結

隨著光伏電站行業的發展、信息化技術的發展，可以實現在線分析的指標將會逐步增加和完善。研究新的分析模型實現光伏電站設備的在線預警，狀態分析及評估、遠程診斷等生產數據的分析應用；根據信息化的不斷發展實現公司安全生產、電力營銷和日常經營等新的分析展示方式；利用性能指標對比實現進一步開展光伏發電中的問題分析、運行優化。