光伏电站发电性能评估现场检测技术

刘舒，李红涛，张双庆，丁明昌，董颖华

(1.国网上海市电力公司电力科学研究院，上海 200437;2.中国电力科学研究院，江苏 南京 210003)

光伏电站发电性能评估现场检测技术

刘舒1，李红涛2，张双庆2，丁明昌2，董颖华2

(1.国网上海市电力公司电力科学研究院，上海 200437;2.中国电力科学研究院，江苏 南京 210003)

针对目前我国光伏发电迅猛发展的形势，大多研究机构和电网公司更多考虑大规模光伏发电并网带来的电网安全稳定因素，而忽略光伏电站发电性能引起的经济性与失效性，提出了针对光伏发电工程本体建设质量的现场验收技术，并通过对某光伏电站实例检测验证了检测技术的通用型和高效性。

光伏电站;工程质量;电站失效性;现场检测;发电性能评估

0 引言

伴随着我国光伏装机容量的逐年递增，大多数研究机构和电网公司更多考虑的是大规模光伏发电并网带来的电网安全稳定因素，针对光伏并网安全问题国家电网公司于2011年相继出台了企标Q/GDW－617《光伏电站接入电网技术规定》和Q/GDW－618《光伏电站接入电网测试规程》，国家质检总局于2012年颁布了GB/T 19964－2012《光伏发电站接入电力系统技术规定》和GB/T 29319－2012《光伏发电系统接入配电网技术规定》。标准中对并网光伏电站的电能质量、低电压穿越性能、电网适应性能和防孤岛保护性能指标做了明确的要求［1－4］。

而针对光伏系统工程本身建设质量问题没有引起重视，电站集成商和运营商更为关心的是光伏电站发电效率和年发电量指标，本论文主要研究光伏电站的光伏组件衰减率、系统性能比PR、光伏阵列串/并联失配率、逆变器转换效率等现场测试技术［5－6］，并结合实际电站给出了测试案例，为光伏电站的发电性能提出有效的评价指标和评判结果，提高光伏发电系统的发电效率和年发电量。

1 检测方法

1.1 光伏组件衰减率测试

光伏组件光电转换效率直接影响光伏发电系统发电量，光伏系统发电量往往是光伏电站运营商最为关心的因素，年发电量直接影响电站运营商的年收益情况。标准规定多晶硅组件1年内不超过2.5%，2年内衰降率不超过3.2%;单晶硅组件1年内衰降不应超过3.0%，2年内衰降不应超过4.2%，薄膜组件不应超过5%。现场对光伏组件进行转换效率测试显得尤为重要，现场测试时抽选同一类型组件随机抽取多块开展测试，每一组件测试3次。记录组件的测试数据:IM—最大工作电流(A)、VM—最大工作电压(V)、G0—实测辐照度(W/m2)、T0—组件背板温度(℃)。

式中IM－STC为辐照度为1 000W/m2条件下的组件最大电流;VM－STC为温度为25℃条件下的组件最大电压;PM－STC为实验室标准条件下的组件最大电压;α为电流温度系数;β为电压温度系数。

按上述公式对测试数据进行辐照度和温度进行修正，计算得到光伏组件标准实验室环境下的功率，最后用修正后的功率与组件名牌功率进行比较得到组件的衰减率。

1.2 光伏电站性能比PR测试

光伏电站性能比PR(见图1)计算公式如下:

式中E为一定时间内电站发出的电能;P0为电站额定装机容量;Hi为一定时间内光伏电站单位面积上吸收的光照能量;G为标准测试条件辐照度1 000W/m2。

图1 光伏电站性能比(PR)测试示意图

光伏电站性能比PR目前的测试方法是利用功率采集装置监测电站并网点功率，同时利用一台气象参数测量装置检测电站的辐照度和光伏组件的背板温度，为了体现光伏电站的典型气象参数，该气象参数测量装置一般架设在光伏电站的物理中心位置。由于大型地面光伏电站的占地面积往往很大，一座30 MW光伏电站占地面积约为500 000 m2，若采用一台气象参数测量装置监测的数据不足以代表光伏电站全局气象。为提高光伏电站性能比PR测试精度，利用四台气象参数测量装置优化分布于光伏电站四个物理点处进行测量，将四台装置测量数据进行对比，当测量值偏差不超过5%时，即代表光伏电站整站的气象参数一致，取四台测量装置的监测参数平均值来进行系统效率评价;如果偏差超过5%，则认为电站的气象参数不一致，则不能采用该时刻点的气象参数值进行系统效率评价。

1.3 光伏阵列串并联失配率测试

光伏电站的失配损失主要包括组件到组串的失配损失即光伏组串串联失配，组串到汇流箱的失配损失即光伏组串并联失配，以及汇流箱到逆变器的失配损失。

光伏组串串联失配测试，断开选定组串，对串内每一个组件进行I－V特性测试，同时记录辐照度和组件背板温度;再对组串进行I－V特性测试，并记录辐照度和组件背板温度;将测试数据修正到统一辐照度和统一温度(STC或NOCT)条件下，串联失配率=(组串内各组件修正功率之和－组串修正输出功率)/组串内各组件修正功率之和×100%。光伏组串并联失配测试，断开选定汇流箱，对箱内每一个组串进行I－V特性测试，同时记录辐照度和组件背板温度;再对汇流箱进行I－V特性测试，并记录辐照度和温度;将测试数据分别修正到统一辐照度和统一温度(STC或NOCT条件)下，并联失配率=(汇流箱内各组串修正功率之和－汇流箱修正输出功率)/汇流箱内各组串修正功率之和×100%。

1.4 光伏逆变器转换效率测试

现场测试时按照图2光伏电站逆变器转换效率测试示意图测量逆变器直流侧电压、电流与交流侧电压、电流，连续测量一天时间，尽量达到逆变器的额定功率，按式(4)计算逆变器在不同功率等级下的转换效率。

图2 光伏电站逆变器转换效率测试示意图

式中η－光伏逆变器转换效率;UDC，i－输入电压采样值;IDC，i－ 输入电流采样值;UAC，i－ 输出电压采样值;IAC，i－ 输出电流采样值;ΔT－数据间隔周期;n－选取数据总数。

2 检测案例分析

光伏发电性能现场测试抽签原则按表1进行。

表1 光伏电站发电性能测试抽检原则

光伏电站现场气象参数测试条件:(1)辐照度测试条件:辐照度＞700W/m2;修正方法:线性等比例修正，仅对电流进行修正，不对电压进行修正(认为700 W/m2以上光强的变化对光伏工作电压无影响。因此，光强对功率也可以采用线性修正;(2)温度检测条件:无温度范围限制;精确修正:按照GB/T18210－2000的方法A根据实测光伏背板温度推算结温，或方法B根据不同辐照度下开路电压推算结温。依据推算出的结温和温度系数对电流、电压或功率进行修正［7］。

2.1 光伏组件衰减率测试

对西北地区某地面光伏电站开展光伏组件衰减率测试。该光伏电站共有6种类型光伏组件，按照抽检原则对每种类型组件抽取10块进行测试，将原始测试数据进行STC修正，得到测试结果示例如表2所示。

表2 某型号230W光伏组件I－V特性测试结果

由表2知，抽检的20块某型号230 W光伏组件最大输出功率的均值为220.38W，平均衰减率为8.18%。由于该光伏电站投运时间不满两年，按照标准规范判定，该型号组件衰减率过大，不满足标准要求。

2.2 光伏电站性能比PR测试

对西北地区某光伏电站开展光伏电站性能比PR测试。取光伏电站2号方阵21号方阵并网点为测试点，采集2015年4月23日7:07:46～20:30:26时间段内该点的光伏阵列单位面积接收辐照度、光伏电站并网点发电量，按照公式(4)计算，求得测试周期内光伏电站性能比PR:

PR=(133.8999/20)/(7769.82/1000)*100%=86.17%

2.3 光伏阵列串并联失配率测试

对西北地区某光伏电站开展串并联适配率测试。对原始数据进行STC修正，得到测试结果如表3、表4所示。

表3 1单元06汇流箱02组串串联适配率测试结果

表4 8单元05号汇流箱并联失配率测试结果

由表3知，光伏电站1号光伏发电单元06号汇流箱02号组串串联适配率为0.92%。未超过标准规定的1%限值。由表4知，光伏电站8号光伏发电单元05号汇流箱共有16串，其并联失配率为0.79%。未超过标准规定的2%限值。

2.4 光伏逆变器转换效率测试

对西北地区某光伏电站开展逆变器转换效率测试。该光伏电站采用两种类型逆变器，包括500 kW型号A逆变器和1 MW型号B逆变器。现场对12单元型号A逆变器、17单元型号B逆变器进行测试，按照公式(5)对原始数据计算处理，以逆变器直流输入功率为横轴，逆变器转换效率为纵轴，得到逆变器转换效率变化曲线，如图3、图4所示。

图3 12单元型号A逆变器转换效率测试结果

图4 17单元型号B逆变器转换效率测试结果

将图3、图4中被测逆变器效率按照负载点进行统计，得到被测逆变器效率统计如表5所示。

表5 被测逆变器效率统计

表5中，Pdc为逆变器直流输入功率，Pdc_r为逆变器额定直流输入功率。其中，5%、10%、20%、30%、50%、75%等6个负载点的取值范围均为该值大小的±2.5%，由于逆变器一般难以达到满载，有云天气或辐照不好的地区甚至难以达到90%负载，因此放大100%负载点的取值范围到87.51% ～100%。

2.5 光伏电站发电量评估

采用光伏电站现场测试得到的组件参数、损耗参数以及电站提供的光伏电站常年辐照度、组件与逆变器的匹配情况等信息，通过发电量评估仿真软件对光伏电站整体发电量进行仿真评估。现场对西北地区某30 MWp光伏电站开展了光伏电站发电量评估。该光伏电站只采用一种类型光伏组件，单板组件容量为250 W，匹配逆变器为某型号1 MW光伏逆变器，组件Ⅰ－Ⅴ测试结果如表6所示。

表6 光伏组件测试参数

测试得到的光伏电站主要损耗参数:组件适配损耗为0.79%，组件积尘损耗为 3.22%，线缆损耗为1.50%。仿真得到光伏发电站逐月PR值，如图5所示。统计得到光伏电站全年发电量为 47 790.00 MW·h，电站投运首年PR为81.53%。取第二年后年功率衰减为0.8%，得到未来二十年发电量评估结果，如表7所示。

图5 光伏发电站逐月PR值

表7 光伏电站未来20年发电量评估结果

3 结束语

从光伏电站工程建设质量出发，给出了光伏电站组件衰减率、组串串/并联失配率、光伏系统性能比PR、光伏逆变器转换效率的现场测试方法，并结合光伏电站给出了实际检测结果，最后根据各项指标的测试数据带入仿真软件，计算得出光伏电站逐年的发电量评估值，为光伏电站工程验收、质量检查以及后期运行维护，以及为提高光伏电站发电效率和发电量给出了工程测试依据。

［1］国家电网公司，Q/GDW 617－2011，光伏电站接入电网技术规定［S］.北京:中国电力出版社，2011.

［2］国家电网公司，Q/GDW 618－2011，光伏电站接入电网测试规程［S］.北京:中国电力出版社，2011.

［3］国家电网公司，GB/T 19964－2012，光伏发电站接入电力系统技术规定［S］北京:中国标准出版社，2012.

［4］国家电网公司，GB/T 29319－2012，光伏发电系统接入配电网技术规定［S］.北京:中国标准出版社，2012.

［5］北京鉴衡认证中心，CNCA/CTS|0004－2010并网光伏发电系统工程验收基本要求［S］.北京:北京鉴衡认证中心，2011.

［6］ IEC62446，Grid connected photovoltaic systems-Minimum requirements for system documentation，commissioning tests and inspection ［S］.IEC，2009.

［7］中国国家标准化管理委员会等，GB/T18210－2000，晶体硅光伏(PV)方阵I－V特性的现场测量［S］.北京:中国标准出版社，2000.

On-site Test Technology for Power Generation Performance Evaluation at the PV Power Station

LIU Shu1，LIHong-tao2，ZHANG Shuang-qing2，DING Ming-chang2，DONG Ying-hua2
(1.State Grid Shanghai Electric Power Co.Electric Power Research Institute，Shanghai200437，China;2.China Electric Power Research Institute，Nanjing Jiangsu210003，China)

Faced with rapidly developing PV power generation industry in China，most of research institutions and grid companies pay more attention to grid security and stability factors related to large-scale grid-connected PV power generation，while economical efficiency and invalidation attributable to PV station power generation performance is neglected.This paper presents an on-site acceptance inspection technology for the quality of ontology construction of PV power generation projects，and verifies the generality and high efficiency of this test technology through an actual inspection example of a PV power station.

PV power station;engineering quality;power station invalidation;on-site test;power generation performance evaluation

10.3969/j.issn.1000 －3886.2015.06.012

TM615

A

1000－3886(2015)06－0035－04

定稿日期:2015－08－31

刘舒(1987－)女，吉林人，工程师，从事分布式电源、微电网技术研究。 李红涛(1982－)男，河南人，工程师，从事太阳能检测技术研究。 张双庆(1986－)男，山东人，工程师，从事太阳能检测技术研究。

丁明昌(1984－)男，河南人，工程师，从事太阳能检测技术研究。 董颖华(1985－)男，江苏人，工程师，从事太阳能检测技术研究。