基于数据挖掘技术的沈阳地区分布式光伏实际发电效率研究

王明睿 王明馨 任佳星

摘  要：文章通过对沈阳地区已并网运行的不同装机容量分布式光伏发电数据进行数据分析，得出该地区分布式光伏发电单位装机容量在一个年度中各月份，以及重点月份中每天，与各时段的实际发电效率变化规律和特点。进而分析出该地区分布式光伏发电项目单位装机容量的实际最大发电效率。文章研究结果可为光伏发电技术经济分析及商业化运营决策提供依据，对促进碳中和背景下分布式光伏产业发展提供参考价值。

关键词：分布式;光伏;发电效率研究

中图分类号：TM615;TP311.13              文献标识码：A文章编号：2096-4706（2021）16-0049-07

Research on Actual Efficiency of Distributed Photovoltaic Power Generation in Shenyang Based on Data Mining Technology

WANG Mingrui1， WANG Mingxin2， REN Jiaxing3

（1.College of Science， Northeast Electric Power University， Jilin  132012， China; 2.Water Conservancy College， Shenyang Agricultural University， Shenyang  110866， China; 3.College of Information and Electrical Engineering， Shenyang Agricultural University， Shenyang  110866， China）

Abstract： By analyzing the data of  grid-connected distributed photovoltaic power generation with different installed capacity in Shenyang， this paper obtains the change rules and characteristics of the actual power generation efficiency of unit installed capacity of distributed photovoltaic power generation in the area in each month of the year and each day in key months and each period.. The actual maximum power generation efficiency per unit installed capacity of distributed photovoltaic power generation projects in this region is analyzed. The research results of this paper can provide a basis for technical and economic analysis and commercial operation decision-making of photovoltaic power generation， and provide reference value for promoting the development of distributed photovoltaic industry under the background of carbon neutralization.

Keywords： distributed; photovoltaic; research on power generation efficiency

0  引  言

分布式光伏發电通常是指在用户场地附近建设，运行方式以用户侧自发自用为主，多余电量上网，并以配电系统平衡调节为特征的光伏发电设施，其具有因地制宜、清洁高效、分散布局、就近利用的特点。其利用半导体界面的光生伏特效应，将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池，光纤照射在太阳能电池上被界面层吸收，界面层吸收的光能越多，在太阳能电池中形成的电流就越大。影响光伏发电量的因素包含太阳辐射量、电池组的倾斜角度、电池组件转化效率、组合损失、灰尘遮挡、温度特性、线路变压器损失、逆变器效率、阴影积雪遮挡等多种因素，这些因素在光伏发电站建设安装和运行维护过程中已经得到了广泛关注。本文将从沈阳地区已经投入使用的分布式光伏发电站的运行情况入手，通过分析其2020年实际发电数据，对沈阳地区分布式光伏发电站的实际发电情况进行分析。

1  数据获取

1.1  数据来源

沈阳地区所有分布式光伏发电站，无论其消纳方式是全部自用、全额上网还是自发自用余电上网，均在国网辽宁省电力有限公司营销管理信息系统中设立了发电档案;并在用电信息采集系统中，全部实时自动采集发电量数据，本文中的研究数据均来自于上述两个系统。

1.2  数据获取方式

分布式光伏发电站装机容量及年度、月度发电量数据，均可从国网辽宁省电力有限公司营销管理信息系统中的发电档案信息及电量电费核算功能模块中获取，通过SQL语句对其进行筛查和汇总统计，并从发电站所属行政区域、并网电压、发电主体类型这三个维度对数据进行呈现。对于日、小时发电数据，通过随机抽取小量样本的方式，选取典型月、典型日，在国网辽宁省电力有限公司用电信息采集系统中逐户选取样本的日、小时发电数据。

1.3  数据的精度

2020年1月至12月，以月度为周期获取发电容量数据可得到以下信息：沈阳地区分布式光伏发电容量净增13 322.75 kW，年净增率为7.44%。因分布式光伏发电站运行调试时间较短，未考虑新增发电站的调试运行对发电量所产生的影响。本文所应用的数据全部为发电站现场实际运行过程中产生的真实数据，未经过人工修正。

1.4  数据基本情况

沈阳地区分布式光伏发电站自2014年开始建设，并受国家补贴政策影响（0.42元/0.37元/0.18元/0.08元/度），在2017年至2018年进入快速发展阶段，目前随着国家补贴政策的缩减，建设步伐逐渐趋缓。截止到2020年底，沈阳地区现有分布式光伏发电站1 298个，发电装机容量192 372.5 kW，2020年发电量180 640 000 kWh。其中发电量消纳方式为全部自用的光伏发电站3个，全额上网光伏发电站145个，自发自用余电上网的光伏发电站1 150个。

2  实际发电效率分析

2.1  年度发电效率

2.1.1  年平均发电率

沈阳地区2020年分布式光伏发电站年均发电容量为181 356.6 kW，年发电量为180 640 000 kWh，每kW裝机容量年度平均发电量为996.05 kWh。

2.1.2  10 kV并网分布式光伏电站年发电效率

沈阳地区10 kV并网分布式光伏发电站现有11个，2020年全年无增减，发电容量为126 842.4kW，年发电量126 390 000 kWh，单位容量年发电量996.43 kWh。对全部11个10 kV并网光伏发电站的2020年单位容量年发电量情况进行数据整理，具体情况如表1所示。

从表1可以看出，2020年沈阳地区10 kV并网光伏电站单位容量年发电量最多的是沈阳市辖南电能源科技（宝马），为1 144.74 kWh，发电量最少的是沈阳市辖拓源北重新能源有限公司，为843 kWh。去掉表1中2个数据值最高、2个数据值最低的发电站后，剩余7个光伏电站的单位容量年平均发电量为1 031.57 kWh。

2.1.3  低压并网光伏电站年发电效率

沈阳地区低压并网光伏发电站现有1 287个（其中2020年新增202个），发电容量54 514.2 kW，占比为30.06%;年发电量54 250 000 kWh，占比为30.03%，单位容量年发电量995.15 kWh。将沈阳地区低压并网光伏电站按市区、8个郊县的区域进行划分并进行数据处理，整理所得的不同区域低压并网的光伏电站年发电情况如表2所示。

从表2中可以看出，2020年沈阳地区低压并网的光伏发电站发电量最高的区域是康平区域，为1 317.08 kWh，发电量最低的区域是沈北区域，为571.62 kWh。去掉沈北、于洪两个发电量最低的样本，康平、辽中2个发电量最高的样本，剩余5个样本的单位容量年发电量为1 064.36 kWh。

2.1.4  年度发电效率分析结论

沈阳地区全样本数据的2020年光伏发电站单位容量年度发电量为996.05 kWh，其中10 kV并网光伏发电站单位容量年度发电量为996.43 kWh，低压并网光伏电站每kW年度发电量为995.15 kWh。扣除极值样本后，10 kV并网光伏发电站单位容量年度发电量为1 031.57 kWh，低压并网光伏电站单位容量年度发电量为1 064.36 kWh。电压等级和单个电厂装机规模对同一年度、同一地区的单位容量光伏发电量影响不大。

2.2  月发电效率

2.2.1  研究数据范围

取沈阳地区所有分布式光伏发电站去除在年度发电量研究中发现的最高和最低的极值样本后的数据进行月度发电效率研究。

2.2.2  10 kV并网的光伏发电站月度实际发电效率

将沈阳地区11个10 kV并网光伏发电站的数据去掉2个最高、2个最低年度发电极值后，对剩余的7个发电站的月度发电情况进行数据分析，其单位容量月度发电量情况如表3所示。

从表3可以看出，2020年6月份为发电量最多的月份，单位容量发电量为131.23 kWh，1月份为发电量最少的月份，单位容量发电量为39.22 kWh。

2.2.3  低压并网的光伏电站月度实际发电效率

将沈阳地区市区及8个郊县的低压并网光伏发电站的数据去掉2个最高、2个最低年度发电极值后，对剩余的5个区发电站的月度发电情况进行数据分析，其单位容量月度发电量情况如表4所示。

从表4可以看出，2020年6月份为发电量最多的月份，单位容量发电量为133.42 kWh，12月份为发电量最少的月份，单位容量发电量为41.57 kWh。

2.2.4  月度实际发电效率分析结论

参照表3、表4中的数据绘制出月度变化折线图，如图1所示。

由图1可知：

（1）单位容量月度发电量变化明显，其中，5月、6月、7月为发电高峰月，3月、4月、8月、9月、10月为发电中档月，1月、2月、11月、12月为发电低谷月。

（2）发电高峰月与发电低谷月之间的发电效率差异较大。发电高峰的5月、6月、7月发电量占全年发电总量的35%;发电低谷的1月、2月、3月发电量占全年发电总量的19.61%。

（3）10 kV并网光伏发电站的单位容量月度发电量与低压并网光伏发电站的月度发电量的变化趋势基本一致。

2.3   日发电效率

2.3.1  研究数据选择

因需要选取每日发电量数据，故数据量较多，因此采用随机选取少量样本的方式进行日发电效率的研究。在沈阳市现有的1 298个分布式光伏发电站中随机选取不同发电容量的 10 kV并网光伏发电站与低压并网光伏发电站各7座。

2.3.2  日实际发电效率

在国网辽宁省电力有限公司用电信息采集系统中，将上述14个样本的6月份每日发电量数据采集出来，详细情况见如表5所示。

将表5数据用折线图的方式表示，如图2所示。

图2  14个样本2020年6月份单位容量日发电量图

观察图2可得到以下信息：14个样本日均单位装机容量发电量最大值出现在6月14日（晴，气温17～28度，西风3级），最大值为13号样本（法库县王仁）7.41 kWh，最小值为1号样本（沈阳拓源北重新能源有限公司）4.46 kWh，均值为5.69 kWh;14个样本日均单位装机容量发电量最小值出现在6月24日（小雨转多云，气温17～22度，东南风2级），该日样本发电量为0.31～2.17 kWh，均值為1.45 kWh。样本8在16日—27日、样本11在5日系统运行状况明显异常，可初步判断为该样本在当日出现了故障。

2.3.3  日发电效率分析结论

每个光伏发电站的建设和运行情况对其日发电量都有一定的影响。在沈阳地区发电效率最好的6月份，随机样本的单位容量日发电量最大值出现在14日，当日样本13的日发电量为7.41 kWh，样本1的日发电量为4.46 kWh，均值为5.69 kWh。同等气候条件下，各样本间差异明显。光照条件对光伏发电量的变化产生较大的影响。同一样本在同一月份的单位容量发电量差异较大，如样本1日发电量在0.31～4.46之间，样本13日发电量在2.00～7.41之间。通过观察发电量数据可知，14个样本在2020年6月运行的30日内，其中有2个样本发生了明显的运行故障，故障天数共计23天。在实际运行过程中，分布式光伏电站存在一定的故障率，因此故障排除时效直接影响着电站的发电效率。

2.4  小时发电量效率

2.4.1  研究样本选择

在上述研究日电量选取的14个样本中，继续向下挖掘6月14日单位容量每小时发电量数据，因样本12、样本14召测小时发电量数据未成功，因此选取剩余的12个样本进行小时实际发电效率研究。具体数据见表6，绘制折线图如图3所示。

2.4.2  小时发电效率研究总结

由上文分析可知：

（1）沈阳地区6月14日，可发电时间为5—20时，其中5时有发电量的样本为9个，占比75%;20时有发电量的样本为4个，占比33%。

（2）7—17时是比较有效的发电时段，这期间的发电量是全天总发电量的96%

（3）发电量最多的时段为11—13时，这3个小时的发电量占全天总发电量的35%。其中单位容量小时平均发电量最大值为0.684 kWh，样本13达到了0.946 kWh。

3  结  论

本文通过深入调研，利用辽宁省电力有限公司用电信息采集系统，对沈阳地区2020年已并网运行的1 298座不同装机容量的分布式光伏发电站实际运行数据进行挖掘与分析，得出了沈阳地区分布式光伏发电站在实际运行条件下的单位容量年发电量、月度发电变化趋势以及最好光照条件下的小时最大发电量。研究结果可以为光伏发电技术经济分析及商业化运营提供依据，对促进碳中和背景下分布式光伏产业发展具有实际参考价值。

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作者简介：王明睿（2001.12—）男，汉族，辽宁沈阳人，本科在读，研究方向：电力系统自动化、大数据分析;王明馨（2001.02—）女，汉族，辽宁沈阳人，本科在读，研究方向：电力系统及其自动化、人工智能、大数据分析技术;任佳星（2001.01—）女，满族，辽宁铁岭人，本科在读，研究方向：电力系统自动化、大数据分析。