分布式光伏电站的运维管理/分布式光伏监控系统
安科瑞薛瑶瑶
摘要：随着近些年我国对节能降耗关注力度的持续加大，为满足人们不断增长的电能需求，光伏发电产业得到迅猛发展，其中分布式光伏发电的比重持续增长。在打赢脱贫攻坚战的大背景下，国家电网公司探索出一条“阳光扶贫”的扶贫道路。在这一背景下，结合电网企业在实际光伏扶贫工作中的经验，对分布式光伏电站的服务与运维管理进行了详细的阐述与探讨，以期更加有效地开展光伏扶贫工作。
关键词：光伏扶贫；分布式光伏电站；服务与管理
0、背景
受国家激励政策调控和光伏产业链成本持续下降影响，全国光伏发电呈现出井喷爆发式发展，如何做好光伏电站前期并网的服务工作和后期运行过程中的维护管理工作，是国家电网公司保证“阳光扶贫”政策有效落地的工作，更是保障光伏用户补贴收益和光伏电站长期安全稳定运行的关键所在。
1、分布式光伏电站的现状
近年来，分布式光伏电站得到国家的大力支持。为助力打赢脱贫攻坚战，国家电网公司实施“阳光扶贫行动”，更加助推了分布式光伏电站的普及与推广。根据中国光伏行业协会数据显示，2018年我国光伏新增装机容量超过43GW，其中分布式光伏约20GW，占比接近50%。据统计，安徽东至县供电公司2018年组织并网分布式光伏电站108户，累计并网容量达6380kW，分布式光伏电站正处于发展高峰期。
2、分布式光伏电站存在问题
随着分布式光伏电站的井喷式增长，其所存在的问题也日益凸显，结合分布式光伏电站推广与运维过程中的实际情况，其问题主要体现以下两个方面。
（1）前端服务不到位。对于多数农村家庭来讲，分布式光伏电站依然属于新兴事物，部分农民根本不知道光伏扶贫是做什么的，不了解光伏发电和光伏扶贫的相关政策。因此，在光伏电站前期推广过程中，从光伏发电的政策和电价、补贴，到光伏电站的选址与建设，都需要供电企业及有关部门提供更加积极主动和专业的服务，保障光伏电站的顺利建设并网和补贴效益及时到位。
（2）后期运维管理不完善。分布式光伏电站一般规模较小、分布广、数量多，而且光伏电站之间又相对独立，不利于光伏电站的集中式运维管理。其中村级光伏电站作为扶贫的主要模式，分布在各个村的光伏电站是由村集体自己维护还是由建设它的企业负责维护一直以来没有定论。从某种意义上说，光伏扶贫电站后期的运营维护比建设更为重要。部分光伏电站因为建成投入使用后处于缺乏专业人员监管的状态，越来越多的光伏电站面临运维难题，如设计缺陷、设备质量缺陷、施工不规范等问题都给光伏电站的运维管理带来严峻的挑战，导致发电效率大幅下降，影响光伏用户的发电效益。因此，要做好光伏电站的运行管理，特别要重视维护管理，以推进光伏发电站更好发展。
3、提升优质服务
（1）靠前服务，做好宣传。积极主动向客户宣传光伏政策，供电企业安排相关人员定期进行走村访户，及时掌握客户用电倾向和需求。供电营业厅摆放光伏发电宣传册，保证客户及时了解光伏发电政策。通过各项宣传活动以消除广大用户对分布式光伏发电政策的顾虑，也可以消除用户对光伏电站安装在自家屋顶或者村里空地上的安全疑虑，还可以让广大贫困户了解光伏发电的相关知识，帮助他们安全用电。
（2）加强内外部沟通联系。供电企业加强与项目建设方、施工单位联系，根据年度光伏电站建设规划，结合供电公司线路设备状况，在电站选址时，提出合理化建议，要求项目单位尽量在建议台区范围内选址，对因受林业、国土等条件限制，需在建议台区范围外选址的，供电企业及时调整计划，提前做好配套电网的建设和改造，同时供电区域内客户经理全程跟踪、协调光伏电站项目并网，缩短光伏项目从策划到获得收益的周期，节约时间和成本。
（3）快捷高效、让用户及时受益。供电企业在与村集体沟通协调安装光伏发电设施的过程中，同步就发电用户结算周期达成一致，告知结算电量的审核确认流程，让发电用户知根知底。与当地税务部门及银行达成协议与共识，以加快光伏发电的电费结算流程，确保发电用户在结算周期内第一时间获得收益。
4、强化运维管理
（1）规范光伏用户档案管理。当前分布式光伏电站主要为家庭式光伏电站和村级光伏电站，位置相对分散，为有效对所有并网分布式光伏电站运维管理，供电企业应持续建立和完善光伏用户档案。针对家庭式光伏，由各供电区域内建档保存，相关客户经理定期跟踪更新。针对于村级光伏电站，完整的档案资料是做好服务工作的前提和基础，因此必须做好光伏电站的项目备案、资格审查、四方确认表等基础资料完善，由县级供电企业相关部门妥善留档保存。
（2）跟踪落实光伏扶贫效益。针对享受扶贫政策的村级光伏扶贫电站，在做好前期并网服务工作的基础之上，要强化后期光伏电站发电效益和政策补贴落实。以安徽省东至县为例，目前全县范围内共建成并网村级光伏扶贫电站10个，其中7个为扶贫项目，3个因政策变化，未能及时纳入扶贫项目，无法享受扶贫电价。供电企业及时走访客户并发放告知单，并积极与县扶贫办、发改委等相关部门进行沟通协作，汇报并配合解决有关问题，以期尽早落实贫困补贴。同时，供电企业通过营销业务系统、用电采集系统等实时监测手段，对光伏电站发电情况进行监测分析，及时通知并帮扶光伏电站处理异常状况，保证光伏电站发电效率。
（3）优化光伏电站后期运维。由于分布式光伏电站的零散分布的特点，目前光伏电站后期运行维护工作主要是村集体自行组建的维护队伍对光伏电站进行日常维护，供电企业专业电工定期开展技术帮扶和光伏知识宣贯。这种运维方式的弊端在于村级维护队伍缺乏专业技术培训，只能解决简单的运行异常，针对较为复杂的问题无法及时有效地处理。因此，有必要在此运维管理基础之上，利用微信平台定期发布电站运维管理知识，增强贫困户运维意识。设立村级电站运维管理微信工作群，方便电站发生故障时及时交流。包括相关扶贫管理人员、村干部、国家电网技术员、电站管理员、运维技术人员，形成政府、供电企业、建设企业和村集体于一体的运维交流平台，实施有效的进行光伏电站运维管理工作。同时，制定合理的运维分工和科学的管理制度，如生产运行制度、安全管理制度、应急消防制度、设备运行规程等，其中生产运行制度所规定的日常巡检工作、定期巡检和特殊情况下巡检必不可少，及时掌握电站的运行状态，发现已经存在的或潜在的问题，确保光伏电站正常发电。安全管理贯穿运维的全过程，包括合理使用安全器具和熟悉安全操作规范等，以保障人身安全和设备安全。
5、安科瑞分布式光伏发电监测系统解决方案
5.1概述
“十四五”期间，随着“双碳”目标提出及逐步落实，本就呈现出较好发展势头的分布式光伏发展有望大幅提速。就“十四五”光伏发展规划，国家发改委能源研究所可再生能源发展中心副主任陶冶表示，“双碳”目标意味着国家产业结构的调整，未来10年，新能源装机将保持在110GW以上的年增速，这里面包含集中式光伏电站和分布式光伏电站。相较于集中式电站来说，分布式对土地等自然资源没有依赖，各个地方的屋顶就是分布式电站的形成基础，在碳中和方案的可选项中，分布式光伏由于其灵活性必将被大力发展，目前已有河北、甘肃、安徽、浙江、陕西等9省发布关于分布式光伏整县推进工作的通知。
目前我国的两种分布式应用场景分别是：广大农村屋顶的户用光伏和工商业企业屋顶光伏，这两类分布式光伏电站今年都发展迅速。
5.2相关标准
根据国家电网Q/GDW1480-2015《分布式电源接入电网技术规定》：分布式电源并网电压等级可根据各并网点装机容量进行初步选择，如下：8kW及以下可接入220V；8kW~400kW可接入380V；400kW~6000kW可接入10kV；5000kW~30000kW以上可接入35kV。最终并网电压等级应根据电网条件，通过技术经济比选论证确定。若高低两级电压均具备接入条件，优先采用低电压等级接入。
Q/GDW1480-2015《分布式电源接入电网技术规定》
GB/T29319-2012《光伏发电系统接入配电网技术规定》
GB50797-2012《光伏发电站设计规范》
Q/GDW1617-2015《光伏电站接入电网技术规定》
JGJ203-2010《民用建筑太阳能光伏系统应用技术规范》
5.3解决方案
（1）交流220V并网
交流220V并网的光伏发电系统多用于居民屋顶光伏发电，装机功率在8kW左右。户用光伏电站今年发展非常迅猛，根据国家能源局网站提供的数据，截至2021年6月底，全国累计纳入2021年国家财政补贴规模户用光伏项目装机容量为586.14万千瓦，这相当于6个月在居民屋顶建造了四分之一个三峡水电站。
部分小型光伏电站为自发自用，余电不上网模式，这种类型的光伏电站需要安装防逆流保护装置，避免往电网输送电能。光伏电站规模较小，而且比较分散，对于光伏电站的管理者来说，通过云平台来管理此类光伏电站非常有必要，安科瑞在这类光伏电站提供的解决方案包括以下方面：
（2）交流380V并网
根据国家电网Q/GDW1480-2015《分布式电源接入电网技术规定》，8kW~400kW可380V并网，这类分布式光伏多为工商业企业屋顶光伏，自发自用，余电上网。分布式光伏接入配电网前，应明确计量点，计量点设置除应考虑产权分界点外，还应考虑分布式电源出口与用户自用电线路处。每个计量点均应装设双向电能计量装置，其设备配置和技术要求符合DL/T448的相关规定，以及相关标准、规程要求。电能表采用智能电能表，技术性能应满足国家电网公司关于智能电能表的相关标准。用于结算和考核的分布式电源计量装置，应安装采集设备，接入用电信息采集系统，实现用电信息的远程自动采集。
光伏阵列接入组串式光伏逆变器，或者通过汇流箱接入逆变器，然后接入企业380V电网，实现自发自用，余电上网。在380V并网点前需要安装计量电表用于计量光伏发电量，同时在企业电网和公共电网连接处也需要安装双向计量电表，用于计量企业上网电量，数据均应上传供电部门用电信息采集系统，用于光伏发电补贴和上网电量结算。
部分光伏电站并网点需要监测并网点电能质量，包括电源频率、电源电压的大小、电压不平衡、电压骤升/骤降/中断、快速电压变化、谐波/间谐波THD、闪变等，需要安装单独的电能质量监测装置。部分光伏电站为自发自用，余电不上网模式，这种类型的光伏电站需要安装防逆流保护装置，避免往电网输送电能。
这种并网模式单体光伏电站规模适中，可通过云平台采用光伏发电数据和储能系统运行数据，安科瑞在这类光伏电站提供的解决方案包括以下方面：
（3）10kV或35kV并网
根据《国家能源局关于2019年风电、光伏发电项目建设有关事项通知》（国发新能〔2019〕49号），对于需要国家补贴的新建工商业分布式光伏发电项目，需要满足单点并网装机容量小于6兆瓦且为非户用的要求，支持在符合电网运行安全技术要求的前提下，通过内部多点接入配电系统。
此类分布式光伏装机容量一般比较大，需要通过升压变压器升压后接入电网。由于装机容量较大，可能对公共电网造成比较大的干扰，因此供电部门对于此规模的分布式光伏电站稳控系统、电能质量以及和调度的通信要求都比较高。
光伏电站并网点需要监测并网点电能质量，包括电源频率、电源电压的大小、电压不平衡、电压骤升/骤降/中断、快速电压变化、谐波/间谐波THD、闪变等，需要安装单独的电能质量监测装置。
上图为一个1MW分布式光伏电站的示意图，光伏阵列接入光伏汇流箱，经过直流柜汇流后接入集中式逆变器(直流柜根据情况可不设置)，最后经过升压变压器升压至10kV或35kV后并入中压电网。由于光伏电站装机容量比较大，涉及到的保护和测控设备比较多，主要如下表
系统功能设计
安科瑞电光伏电站监控软件采用Acrel-2000Z，是安科瑞电气股份有限公司总结多年的开发、实践经验和大量的用户需求而设计针对用户配电系统和光伏电站的实时监控系统。
1）软件运行环境配置
服务器上安装Windows7操作系统。
2）光伏电站电力监控软件架构
软件采用C/S架构，实时采集光伏电站电流、电压、日/月/年/累计发电量和气象数据。
3）光伏电站电力监控软件功能
对光伏电站的整体信息进行监控，采用图形和数据的形式实时动态地展现电站概况、电站实时发电及发电统计信息。包括电站概括、环境参数、实时信息、发电量统计及发电量TOP10信息
通过主界面可以对光伏阵列现场环境进行实时监测与显示，如室外温度值、风速、风向、光照强度等。
a）通过对电站内一次及二次配电网络状态的监控，了解电站内各电气设备的运行情况及状态，并对电站的并网状态、有/无功功率流向情况等进行实时监控。
b）光伏组件分布监控
能够根据微逆变反应的数据显示各组太阳能电池板的工作状态（是否正常发电），根据组串式逆变器显示各光伏组串输出功率，分别计量两种两种逆变方式的发电量日发电量、日发电量曲线、月发电量柱状图、年发电量柱状图等，并对这两种方式发电量进行对比。
c）逆变器监控
组串式逆变器主要监测指标包括：
直流电压、直流电流、直流功率
交流电压、交流电流
逆变器内温度、时钟
频率、功率因数、当前发电功率
日发电量、累积发电量、累积CO2减排量
电网电压过高、电网电压过低
电网频率过高、电网频率过低
直流电压过高、直流电压过低
逆变器过载、逆变器过热、逆变器短路
散热器过热
逆变器孤岛
DSP故障、通讯故障等。
监控系统可绘制显示逆变器电压—时间曲线、功率—时间曲线等，直流侧输入电流实时曲线、交流侧逆变输出电流曲线，并采集与显示各逆变器日发电量等电参量；
d）交流汇流箱监控
交流汇流箱主要监测指标包括：
光伏组串输出直流电压、输出直流电流、输出直流功率
各路输入总发电功率、总发电量
汇流箱输出电流、汇流箱输出电压、汇流箱输出功率
电流监测允差报警
传输电缆/短路故障告警
空气开关状态、故障信息等
e）交流配电柜监控
交流配电柜主要监测指标包括：
光伏发电总输出有功功率、无功功率
功率因数、电压、电流
断路器故障信息、防雷器状态信息等
f）并网柜监控
通过对并网柜的监控，计量上网电量、内部用电量、电能质量、光伏发电系统有功和无功输出、发电量、功率因数、并网点的电压和频率、注入系统的电等参数，计算碳减排量，并折算成标准煤，计算发电收益。
g）环境参数监控
环境参数主要监测指标包括：
日照辐射
风速、风向
环境温度
太阳能电池板温度等
对比实际微逆或几种微逆输出指导电池板需要清洗等信息。
h）历史数据管理
监控系统可针对光伏发电现场的各种事件进行记录，如：通讯采集异常、开关变位、操作记录等，时间记录支持按类型查询，并可对越限报警值进行更改设置；
i）日发电趋势分析
系统提供了实时曲线和历史趋势两种曲线分析界面，可以反映出每天24小时内光伏发电量与该日日照强度，环境温度，风速等的波动情况。
j）故障报警
当电池板长时间输出功率偏低进行故障指示，建议运维人员前往现场检查是否有故障发生等；另外对于并网柜部分的主断路器分合闸状态进行监视，当出现开关变位及时报警，提醒运维人员。
6、结语
为积极推广清洁能源和落实国家电网公司光伏扶贫行动，针对现有分布式光伏电站实际运行管理中存在的问题，通过对分布式光伏发电前期并网服务和后期光伏电站的管理运维两方面相结合的管理提升，一方面为广大用户提供更好的供电服务和政策宣传，有效落实光伏发电政策，保证用户及时了解和享受光伏发电相关惠民政策，另一方面通过组织专业化运维人员队伍，强化光伏电站的管理运维水平，有效提升并网光伏电站的运行异常处理效率，保证并网光伏的发电效率和补贴收益。
审核编辑 黄宇
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