光伏发电站在实时监管系统的应用

王嫦春， 于忠州

(1.山东通亚智能科技有限公司，山东 济南 710054; 2.山东英电环保科技有限公司，山东 济南 710054)

作为新能源，光伏发电具有清洁性、可再生、不受地域限制等优点。在雾霾越来越严重的今天，不可再生能源的获取越来越复杂的形势下，光伏发电的这些优点使其势必会成为今后能够被大面积使用的前提。在《可再生能源发展“十三五”规划》中也明确提出了要实现 2020、2030 年非化石能源占一次能源消费比重 分别达到 15%、20%的能源发展战略目标，其中光伏发电 2020年要实现装机容量10500万千瓦，年发电量达 1,245亿千瓦时，可节省标煤 3,673 万t/a。提高可再生能源在能源消费中的比重，有利于推动我国能源结构优化升级。

随着实时信息系统的发展，对历史数据进行集中存储，为大数据分析提供基础。实时监管系统[1]将光伏及火电风电各种能源集中展示，便于信息共享和利用统一的分析工具进行数据分析，及不同能源间的直观比较。

1光伏数据接入

利用信息技术，将光伏控制系统的模拟量和开关量测点通过数据传输接口程序[2]，将数据传送给实时监管系统的接收程序，然后通过接收程序将数据写入实时数据库，进行存储。数据传输中，具有低延时、大数据传输量、数据储存周期长的特点，可达到满足实时在线分析、历史分析的目的。具体网络结构如图1。

图1 数据采集流程

2 展示功能

2.1 运行展示

光伏系统运行图进行集中、异地展示、根据客户职能，灵活的进行展示方案的制定，满足不同客户的监视需求。另外，在公司侧[3]对一次数据进行一定的计算处理，分析得到相关的计算指标，减少在控制区的分析功能，也保证了控制区的安全及运行速率。

由图2、图3直观展示光伏发电的实时负荷，昨日和今日的发电负荷曲线对比每天负荷波动，光伏厂有多少台光伏单元在运行，停运多少，停运原因都可以统计监管；也可以对比出每日发电量的峰、谷值及其对应的时间。另外对一次数据收集对比分析可进一步改进光伏单元的投运和管理，努力提高全站出力率。

图2 公司光伏展示

图3 电厂光伏展示

2.2 报表统计

利用分析软件自动统计光伏发电指标报表。统计用户关心指标数据，形成报表。减少人工填报误差，节省人力成本，且能更快更准的记录每天的发电量，生成日、月、年报表等。

表1为泗水光伏某天24小时的指标报表，报表中一天有效光照时间集中在7点到18点，而且在10点至14点这段时间光照最强，其余时间由于辐照度为0、则发电量为0，统计数据准确合理。

表1 光伏日报

2.3 设备监视

设备安全运行、经济运行作为生产过程中重要的环节，运行数据很大程度反映了运行状态，在实时监管系统中设备监视一览表，可实现同时监视多家光伏设备是否正常运转，采集设备相关信号，当设备跳闸后拨打指定用户电话报警，值班人员能第一时间得到现场的设备运行情况，使得监视更加直接和及时。

例如图4，通过并网状态可见每个光伏阵列的并网情况，“1”即为并网，“0”即为未并。逆变器作为光伏重要组件，将直流电变成符合电网要求的交流电，逆变器效率更能够真实的反映出逆变器在我国不同光照资源区的实际工作效率，对于评价逆变器发电量运行状况更有参考意义，也为今后逆变器采购及如何提高逆变器效率的研究工作提供数据参考。

图4 光伏阵列一览表

3 在线计算

光伏性能参考标准[4]，计算采用软件方式进行实时指标计算，在线计算标准参照火电标准[5],主要计算指标见表2。

表2 在线光伏性能部分指标

以上计算指标中平均辐照度、发电有功功率实时计算指标采用一次数据进行，涉及电量指标采用控制系统数据或者利用有功功率进行积分算出实时电量，都可以满足性能计算指标。

其余指标计算为

⑴光伏电站整体发电效率：

整体发电效率PRE公式为：

(1)

PDR——为计算周期(△t)内的实际发电量；

PT——为计算周期(△t)内的理论发电量。

理论发电量PT公式中：

P——为光伏电站组件容量标称值；

IO——为STC条件下太阳辐射总量值，IO=1000 W/m2；

Ii——为计算周期间内的总太阳辐射值。

计算周期(△t)的选取根据计算频率的要求进行设置。在实际应用中，计算周期 (△t)采取每小时或者每5分钟等。

⑵光伏电站发电效率：

光伏电站的发电效率 PRH

(2)

(3)

PDRi——光伏电站计算周期(△t)实际发电量，关口计量表或者实时发电有功功率进行积分；

P——光伏电站STC条件下光伏电站总容量标称值；

Ti——光伏电站在计算周期(△t)发电有效时间；

Ii——计算周期间隔(△t)最佳角度总辐射量，采用现场辐射总量实时数据或者根据实时辐照度进行积分。

表3 光伏性能一览表

利用计算对比总结，表3中监控系统的发电效率计算来判断各个系统设备的损耗。采用逆变器效率历史数据与客观条件进行统计，分析和预测光伏组件是否需要清洁，通过优化设备选购及时清洁光伏组件保证光伏组件的转换效率，以保证光伏电站的整体发电效率，最终保证光伏电站电量损失达到最低。

4 总结

随着光伏电站行业的发展、信息化技术的发展，可以实现在线分析的指标将会逐步增加和完善。研究新的分析模型实现光伏电站设备的在线预警，状态分析及评估、远程诊断等生产数据的分析应用；根据信息化的不断发展实现公司安全生产、电力营销和日常经营等新的分析展示方式；利用性能指标对比实现进一步开展光伏发电中的问题分析、运行优化。