分布式光伏發電集控運行的管理分析

中廣核新能源投資（深圳）有限公司云南分公司 王 驍 嚴明科 趙 亞

分布式光伏發電按照目前的產業發展形態來看，特指采用一系列光伏組件把太陽能直接轉換為電能的分布式發電系統。其中，屋頂光伏發電尤其能滿足大規模光伏發電的需求，因此備受重視。分布式發電與互聯網技術緊密結合起來，高筑的每一個建筑物都可能變成一座發電的主體，不僅能夠為人們解決建筑用電的難題，也帶來了諸如電力的輸送方式、信息傳播、人們的生活方式和工作方式以及戰略性新興產業發展的巨大變化。

1 國內分布式光伏發電的現狀調查及前景分析

1.1 現狀調查

作為一種新型的、具有廣闊發展前景的能源綜合利用方式，分布式光伏發電一貫致力于規模化、集中式的開發建設，發展勢頭正猛，這也是落實國家“碳達峰 碳中和”戰略目標任務、推動綠色經濟的重要舉措。我國分布式光伏從2013年以來大踏步前進，共有15個支持政策相繼出臺。“十四五”明確了超258GW 以上光伏等可再生能源新增裝機目標，“兩個一體化”（風光水火儲一體化、源網荷儲一體化）基地和分布式光伏被作為能源轉型的重要發力點。相關數據顯示，2020年我國大型集中式電站占比為67.8%，分布式電站占比為32.2%。隨著光伏在建筑、交通等領域的融合發展，疊加戶用的應用規模，屋頂分布式光伏將加速發展，預計未來分布式將成為實現“碳達峰”和“碳中和”目標的主力軍之一。從技術角度來看，光伏大規模的分布式接入極其考驗網絡運行的質量和局部電壓的穩定性，這也給眾多開發商和電網運營商布下一個難題，技術博弈之間，分布式光伏發電站已經在眾多地區悄然林立。

我國早期的分布式供電多為單輻射狀的10kV配電線路，安全系統較低，運行速率也無法滿足各種配網結構的要求。在城區改造過程中，國內政策逐漸向環網供電、開環運行的方向傾斜，推動分布式光伏接入傳輸線，在保護線路、維護系統安全運行的基礎上達到傳輸功率低負荷運行的標準，并且能夠保證電壓偏差不會超過安全運行的技術指標。以此同時，為了進一步抑制分布式光伏接入對電壓變化的影響，國內分布式光伏電站的變壓器普遍選用可控型變壓器。經過多年的摸索實驗，我國分布式光伏開發商充分對標其他光伏安裝量較多的國家，及時發現了分布式光伏接入并網后安全運行范圍和頻率的變化，對分布式的短路能力進行改造和抑制，在配電系統規劃、分布式系統設計中充分考慮到短路電流的影響，進而有效解決了分布式電網在升壓及長途運輸中的損耗問題。

按照規定，分布式光伏必須接入公共電網，與公共電網一起為附近的用戶供電。根據公開數據，僅利用現有建筑的屋頂，中國分布式光伏發電的市場潛力將達到3億千瓦[1]，與此同時，長期以來以燃煤發電為基礎的國內供電結構造成了嚴重的環境問題，因此利用太陽能光伏發電，結合用戶對分布式電源的需求，同時成本的降低將大大增加光伏產業的利潤，這將繼續吸引資本投資，促進光伏市場的發展。

1.2 存在的問題分析及發展前景

從我國特有的地理條件和人群居住分布狀況來看，分布式光伏發電可以說是大勢所趨。然而，在推進分布式光伏大規模發展的過程中，也存在著諸如以下幾點阻礙因素：一是從2021年開始，除戶用光伏以外，光伏項目將全面去補貼，進入平價時代；二是我國城市的屋頂設計結構和產權等問題較為復雜，承載能力有很大的差異，且業主的接受度也并不高。據調查，業主的積極性是影響分布式光伏發電發展速度的關鍵因素[2]，這也大大增加了分布式光伏系統布局的難度；三是分布式光伏的運營維護能力有待提高，尤其是偏遠地區。分布式光伏電站往往建立在較為偏僻的地方，運行維護比較困難，一旦出現故障，無法及時發現和處理，這在一定程度上影響了光伏電站的使用壽命和發電效益。

盡管在推進的過程中存在著種種難題，不可否認的是，分布式光伏發電產業作為新能源開發利用的先行棋，正在以勢不可擋的態勢向前發展。面對土地資源稀缺現狀，屋頂分布式光伏發電又無疑將成為解決新能源利用問題的滿意方案，早在2012年，我國政府就先后出臺了一系列政策，為光伏分布式發電給出了前所未有的利好發展政策。現階段，國家能源局又再次下發了國內各地市推進分布式光伏（屋頂）發電的方案通知，國家能源局亦發布分布式光伏重大利好政策，《關于報送整縣（市、區）屋頂分布式光伏開發試點方案的通知》大力支持分布式光伏市場的開拓，擬在全國組織開展整縣（市、區）屋頂分布式光伏開發試點工作。目前，已有超過20個省市發布推動分布式光伏整縣項目相關文件，預計在接下來5年內，我國分布式光伏發電產業將在發展思路、方式方法上達到一個新的高度，進入放量增長階段，市場空間或超億萬元，成為新能源集控發展、規模發展、品牌發展、產業發展的新標桿。

2 國內分布式光伏發電集控運行的管理分析

2.1 質量控制

分布式光伏發電項目的實施以系統運行質量問題和施工的質量控制為要點，主要包括支架基礎、電池組件的土建安裝、接地系統、預埋件、逆變器、箱變、監控報警系統等。需要盡可能地減少項目后期的維護工作量，主要涉及以下三個質量控制要素。

2.1.1 進度質量管理

項目的總進度取決于項目開發前，各專業設計人員提前介入到工程設計環節，通過集中討論、現場勘測、各方交接配合等方式優化出項目的整體進度。進入項目可行性研究階段后，需要有專業人員協助主辦方審核招標文件、檢測投標方資質，并在施工準備階段做好工程建設方面、安全方面、人員管理方面的規整和培訓。分布式光伏發電項目進度的把控，應在施工進度合理、光伏組件安裝施工保質保量的基礎上，盡可能地提升項目的施工質量。對此，施工方應該按照項目開發期間的實際情況依法依規地展開施工，對項目中需要用的附件、設備合規安裝，保證性能，以防外力對項目的施工進度和施工質量產生不良影響。

2.1.2 過程質量管理

在具體的分布式光伏發電項目中，施工方需要在現場對人員、設備、系統、工序等細節準確把握，從工序質量到分項工程質量，保證全流程、全系統的質量控制。施工方應設立施工流程審批程序，交由經驗豐富的專家進行評定，監控重大流程的實施，以預防為主，做好事后把關，重視檢測隊伍，狠抓施工人員的工作質量，以人員質量來保證施工質量。

2.1.3 技術質量管理

盡管項目展開前，施工方已經盡可能完善了各項標準和流程，但在建設技術及制度上，還需要建立完備的技術交底制度[3]。對項目現場接地裝置、安裝施工的材料要求、機具、作業條件、質量要求以及操作工藝等統一簽署技術交底文件。由于在實際建設環節中，分布式光伏施工的技術標準不一，這一制度的建立可以使現場技術人員能夠統籌合理地安排工作，搭建雙向溝通交流的合作機制，一切以交工質量和技術質量為最高目標。

2.2 運行管理

在智能信息技術“精耕細作”的推進下，分布式光伏發電的運行管理方式方法已經從原來的分散管理模式向統一集控模式轉變，呈現出智能化運行維護的特點：無人值守、規模化集中監控、數字化遠程控制、智能化巡檢維修，等等。隨著光伏產業的持續發展，先進、高效、智能化將成為分布式光伏電站運行管理的新要求[4]。

2.2.1 集中監控

通過電力系統自動化的整體規劃來實現光伏電站的集中監控，附加全站視頻監控系統，是一項安全可靠、經濟合理的運行管理要求，在成本控制的基礎上實現了光伏電站運行管理的效率和質量。一般來說，傳統大型集中光伏電站采用常規集控接入方式，常規集中監控的層級是由站控層、網絡層和間隔層組成，站控層是整個集中狀態的監視和控制中心，網絡層融合進智能化管理設備，負責信息的采集、保護和管理，對于小規模分布式光伏而言常規接入方式成本偏高，可采用光伏后臺通過數據采集服務器通過通信運營商移動網絡上云方案接入，可在遠程手機端或電腦端實現遠程監控逆變器、匯流箱運行情況監控、電量查看、故障報警推送等功能，相比光伏電站常規接入集控方案，新接入方案初始建設成本降低14.5萬～19.5萬元，后續每月費用降低5000～5500元/月，按照25年光伏電站壽命周期可節約150萬元集控運行成本。

圖1 光伏集控常規接入方式

圖2 分布式光伏集控新接入方式

2.2.2 無人值守

采用集中監控的光伏電站在運行過程中無需人工值守，是數字化控制系統從概念落地到具體生產的重要表現方式。在智能化控制系統深層次地植入到光伏電站后，通過成立現代化技術集控中心，在線配置參數、召喚數據，實現后臺對電站遠程遙控程序的控制。對于原本有可能出現的現場問題，集控中心每日按照巡視要求定期對監控畫面及視頻監控畫面巡視檢查，能及時發現設備異常情況，發現設備異常后在安排人員到現場進行消缺處理，以保證現場設備安全穩定運行，隨著分布式場站數量的增加，無人值守模式將大大降低了分布式光伏電站人工成本。

2.2.3 集中檢修

分布式光伏電站目前以屋頂光伏發電為主，設備分散，一般為無人值守模式，檢修難度可見一斑。再加上電站模塊組裝和安裝時的技術要求較高，逆變器匯流箱之間通信電纜、動力電纜鋪設較長，一旦出現設備故障，很難及時檢修、排除危險。當前，在智能化運行維護系統的扶持下，采用智能逆變器可以實現自動巡檢、一鍵體檢等功能，精確定位異常組串，借助于基礎網格管理和產業大數據挖掘分析技術，找到最佳檢修時機，合理避開分散檢修的技術難題，定期無人機巡視，實現檢修集中化、管理精細化、維護智能化。

2.3 安全管控

分布式光伏發電項目存在的安全風險主要集中在施工階段和運行發電期間，具體的風險如火災隱患、觸電隱患、高空墜落等。隨著分布式光伏發電迅猛發展，常見的安全隱患和事故頻繁暴露[5]。

2.3.1 火災隱患安全管控

施工方在采購所需的設備或組件時，要選擇可靠的供應商，挑選好品牌，日常巡檢時也要注意設備是否出現嚴重的發熱或熱斑現象。組件安裝完成后，工作人員要在屋頂配備消防設施，按規定執行消防管理要求，視頻監控系統需具有火災報警功能，在攝像頭區域有明火或煙霧情況攝像頭會報警提醒，集控能及時發現隱患并通知屋頂物業方檢查處理。防止出現火災事故。

2.3.2 觸電隱患安全管控

觸電一般是發生在檢修人員清洗組件火災維修設備的情況下，在登頂檢修前，要提前確認電源線十分破損，然后提前穿戴好專業防觸電設備，戴好安全帽和絕緣手套，加強現場檢修安全管理。另外，要防止外來人員無故闖入，門口設立提醒牌，視頻監控系統需具有移動偵測及遠程喊話功能，有人員未經集控允許進入光伏設備區視頻監控軟件會報警提醒，集控人員發現有外來人員進入廠區后，可通過遠程喊話裝置要求相關人員離開。

2.3.3 高空墜落隱患安全管控

在屋頂安裝好光伏發電設備后，臨邊區域應該加裝防護欄和隔離設施，并設立警示牌。檢修通道盡量設置在屋頂內側，防止維護人在屋頂邊緣開展檢修作業，且從地面到屋頂的檢修爬梯也要安裝到位，配備好安全帶，嚴防因設備準備不足而導致的高空墜落事故。

3 結語

在國內重點普及、推進分布式光伏發電產業，是重視雙碳目標、踐行綠色經濟的關鍵路徑，也是發展綠色技術驅動、大規模系統性節能減排的重要因素。在分布式光伏發電產業快速發展的過程中，國家的政策引導固然重要，但企業創新性的運行管理也將發揮重大作用，通過質量控制、運行管理分析、安全管控等精細化管理，數據化驅動分布式光伏智慧化運維管理，提升分布式光伏發電效能，降低運維成本，這樣才能在較快、較穩的基礎上推進分布式光伏產業自上而下革新發展。