光伏扶貧村級電站運行穩定性及發電效率提升策略研究

陳玉平，黃 濤，趙太云，向 東

（1.恩施職業技術學院，湖北 恩施 445000；2.國網湖北省電力有限公司 恩施州供電公司，湖北 恩施 445000；3.國網湖北省電力有限公司 巴東縣供電公司，湖北 巴東 444300）

0 引 言

村級光伏扶貧電站的發電效率直接決定光伏扶貧產業的收益，通過對光伏發電系統進行設備維護或電站管理，利用智能控制技術等提升光伏電站運行穩定性和發電效率，對促進精準扶貧和穩定脫貧具有重要意義。研究光伏扶貧村級電站發電效率提升策略是促進光伏扶貧產業可持續發展的迫切需要，也是新能源技術領域和國家能源建設越來越重視的研究課題。本文以恩施州巴東扶貧村級光伏電站為例，對如何提高村級光伏電站的運行穩定性及發電效率進行研究，為推動光伏扶貧產業的可持續發展提供借鑒。

1 光伏電站運行穩定性及發電效率影響因素分析

1.1 設備層面的影響因素

光伏電站的安全性直接決定了電站運行的穩定性和發電效率。電站運行安全性在設備層面主要涉及到光伏組件、接線盒、逆變器以及匯流箱等。其中，光伏組件所用太陽能電池的特性要基本一致，若光伏組件不匹配則會造成損耗，若使用質量不合格的電池則會導致熱斑效應。熱斑效應嚴重影響組件的壽命，甚至會燒毀組件并引起火災。而劣質接線盒內部粗糙且電阻較大，易引起接線盒內發熱，導致光伏組件燒壞或背板破損。此外，在直流側電壓高達1 000 V的情況下，若逆變器和直流匯流箱的運行數據采集不精確，會導致控制系統誤判故障信息斷出，直接影響電站的發電。若逆變器內對塵沙的隔離防護不合格，會導致設備腐蝕損壞或開關接觸不良。若匯流箱內部連接工藝不合格或連接電纜因施工損壞絕緣層出現內部過熱，將會導致匯流箱被燒壞。

1.2 運維層面影響因素

光伏電站運維效率直接影響電站的運行及發電效率。影響因素主要涉及設備廠家的售后服務和電站運維人員的業務水平及運維質量。若設備廠家不能及時定位故障并快速解決設備問題，則故障恢復時間越長，從而電站運行受到的影響越大，電站損失越大。此外，若電站運維人員的技術水平較低，不能及時準確發現和處理常見故障，將會直接影響電站運行，甚至擴大事故。而電站運維管理的責任監管不到位、運維工作、不規范、電站運行數據監查不全、運行設備元器件更換不及時或光伏組件運行環境清理不及時等，會使電站發電量減少或因熱斑效應而損壞設備甚至引起更嚴重的事故。

1.3 光伏電站的運行環境影響因素

光伏電站所處區域的氣候環境對光伏電站的運行和發電量產生直接影響。若選址和入射角設計不科學，會造成不可利用的太陽輻射損耗，直接影響日發電量。雷、雨以及大風等惡劣天氣和環境溫度、濕度、氣壓、風向及風速等因素均可能使設備損壞，甚至停止工作。此外，若運維不到位，草叢和森林樹木等遮擋光伏組件時會導致光伏組件產生熱斑效應，造成損失。

而光伏電站與接入電網運行不協調會導致光伏電站發電量減少，設備受損。光伏發電系統結構如圖1所示。

當接入電網出現停電故障，若光伏電站并網逆變器的反孤島效應控制功能失效，則導致孤島效應，此時會對電力系統運維人員的安全造成威脅，對電力系統繼電保護裝置的動作程序、電能質量以及供電可靠性等都產生影響。接入電網光伏發電系統具有大量整流與逆變裝置，在這些大功率電子器件的作用下會產生大量高次諧波，影響電網的安全穩定性和電網系統的電能質量，還會干擾通信系統。此外，光伏發電系統接入外部電網時會改變電網的電流分布或功率分布，從而導致繼電保護出現誤動。

2 提高光伏扶貧村級電站發電效率的途徑與策略

2.1 創新光伏電站運維管理模式

建立安全可靠且高效的保障體系是扶貧電站發揮效益的關鍵。探索創建“政府主導、專業公司運維、村級日常管護、科技手段管控、供電結算服務、部門監督分配”的“六位一體”運行維護模式，從技術監督、管理監督及審計監督入手，加強光伏電站運維管理，從而全方位提升光伏電站的運行穩定性，提質增效。

2.1.1 技術監督

技術監督包括5個方面。一是根據村級光伏站點多面廣和交通閉塞等特點，利用電商平臺打造光伏云運維系統線上監督。二是利用網絡服務平臺遠程監測電站的發電狀態、發電電量及發電效率，縣級管理人員和村級管理人員共享監測信息，及時精準了解動態情況，確保光伏電站高效穩定運行。三是建立由各鄉鎮供電所長、所轄貧困村干部和日常看護人員組成的微信管理群，準確掌握電站運行情況，及時反饋電站故障。四是提供技術服務和信息支撐，定期綜合檢查并評估村級光伏電站的運行狀況，及時處理故障缺陷。五是落實專人跟蹤督導，對光伏電站光伏組件、逆變器、線纜設備以及變壓器等設備進行地毯式排查，及時發現問題并處理。

2.1.2 管理監督

管理監督包括3個方面。一是建立光伏運維監督信息管理微信群，日常推送光伏電站發電明細、光伏電站線損率、日利用小時數以及日偏差等數據，督辦專業運維公司判斷光伏電站的運行狀態并對其進行處理。二是每月總結一份光伏扶貧電站運行分析報告，對當月光伏電站的發電量、電費結算、補貼發放、停運時間以及發電量排名等進行分析，將其反饋給專業運維公司。三是監督專業運維公司運維是否及時、村集體看護人員是否履職到位、運維設備是否可靠運行以及電站設施是否損壞，保證電站發電安全可靠。

2.1.3 審計監督

督辦政府管理部門統一分村設立扶貧電站賬簿和科目，委托中間機構開展專項審計工作。

2.2 優化設備運行穩定性

優化光伏組件、逆變器及匯流箱等主要設備，從而保證光伏電站穩定運行，提升發電效率。

2.2.1 光伏發電組件

光伏發電組件優化主要從4個方面入手。一是盡可能選擇同一批次并經過精密測試的電池片，避免性能不一，二是嚴格檢查電池片是否有隱裂、虛焊、異物以及人為混片等情況，三是注意接線盒的質量，選擇質量較好的接線盒，四是合理設計和及時運維，減少因遮擋出現的光伏組件熱斑效應，確保光伏組件正常發電。

2.2.2 逆變器及匯流箱

逆變器及匯流箱優化主要包括3個方面。一是設備選擇時優先選用同一廠家同一型號的匯流箱和逆變器，提高通信匹配度，降低運維難度，確保在出現故障時能快速定位，縮短故障恢復時間，降低損失。二是利用先進的遠程監控技術和網絡服務平臺精準監測設備的運行狀態，及時發現并解決問題，確保設備穩定運行。三是找準光伏系統與外部電網之間不協調的原因，研究相應的方案與實現策略，減少非協調性運行引起的跳閘問題。

2.3 強化光伏系統與公用電網的協調性

光伏發電在接入電網系統時，應當優化光伏接入分布，合理選擇光伏接入點，包括光伏電站的分布、容量大小的優化以及潮流的分布等，從而保證接入光伏發電站的系統穩定運行。在電網結構方面，確保光伏電站接入后的電網結構滿足電網電壓質量的要求。此外，優化配置電網系統的無功補償裝置，調節系統無功，提高電網的功率因數，改善供電環境，提升電網的安全運行質量。對于光伏組件串聯數為Nss、并聯數為Npp的Nss×Npp光伏組件陣列，其電壓較單個光伏組件提高了Nss倍，電流擴大了Npp倍。串聯二極管B，利用其單向導電性能，防止外部電網向光伏組件反充電。并聯旁路二極管是防止因熱斑效應損壞光伏電池板。防反充二極管與旁路二極管的應用接線如圖2所示。

圖2 防反充二極管與旁路二極管的應用接線

3 結 論

對于點多面廣、交通閉塞及運維隊伍技術水平普遍不高的村級光伏站，準確分析光伏電站運維管理存在的問題，研制“六位一體”高效運行維護模式，充分利用網絡手段尋找影響光伏電站發電效率的因素，從光伏組件、匯流箱以及逆變器等重要設備的運行狀態和光伏電站與接入電網的協調穩定性等方面研究有效策略與方案，減少因非協調性運行引起的跳閘，從而提高光伏電站的發電效率。