并网光伏电站基于汇流箱组串电流离散率的分析方法及应用

!#$%&’()*+,-.*/0123456789傅国轩!，李雪，高旭冬（!#黄河上游水电开发有限责任公司，青海西宁$!%%%%；#北京木联能软件股份有限公司，北京!%%%&’）!#$%&’()$*+&,-.).!//$’()&’--01233+&4’5(3+&+6)&+-0787-9+3:&)&’-;)5+.-2(&’-=-:&3’?()*+,-+./!，012+3，*452+6,/7（!#8+./7938:6;,,=3;3?3@,A3/BC,#，0B6#，2D/D/7$!%%%%，ED/79.D，C9D/.；#F3DGD/7HD@@3//D+AI,JB=.;3C,#，0B6#，F3DGD/7!%%%&’，C9D/.）@=:A6!1A：K.LD/7.%HM9,B,?,@B.DN,=3;@./BD/O,;B9=3PBC9D/..P./3-.A@3，B9;,+79././.@:PDP,JB93,3;.BD,/6.B.,JB939,B,?,@B.DN,=3;PB.BD,/，B9DP.3;;3P3/BP././.@:BDN.@A3B9,6Q.P36,/G+/NBD,/Q,-PB;D/7N+;;3/B6DPN;3B3;.BD,#K9DPA3B9,6N./93@B93,3;.BD,/./6A.D/B3/./N3N;3=B,P,@?3B93PB;D/7;,Q@3APR+DNL@:B,;.DP3B93ST,=3;;,6+NBD,/#BCDEF64:：ST,=3;PB.BD,/；P3;D3PN+;;3/B；6DPN;3B3;.B3；P3;D3PN+;;3/BJ.+@B；73/3;.BD/7N..NDB:摘要：以我国西北地区某%HM地面光伏电站为例，分析电站的生产运行数据，提出了基于汇流箱组串电流离散率的分析方法。该方法可迅速定位汇流箱异常电流组串，帮助运维人员及时排除组串故障问题，达到提高光伏电站发电量的目的。关键词：光伏电站；组串电流；离散率；组串故障；发电量在能源形势日益严峻的今天U!V，提倡绿色能源，优化能源结构，降低对煤炭等环境污染型资源的严重依赖得到社会的普遍认同。太阳能具有分布广泛、清洁环保、资源丰富等优势UWXV，是传统发电的有益补充。鉴于其对环保与经济发展的重要性，各发达国家无不全力推动太阳能发电工作UYV。随着国家政策支持和智能电网建设UZV，近年来我国光伏产业发展迅速U’W[V，截至%!X年底，全国光伏发电累计并网容量为!&Y万LM，其中地面大型光伏电站并网容量为!’X万LM，分布式光伏发电项目并网容量为X!%万LM。并网光伏电站主要包含光伏电池组件、汇流箱、逆变器等设备类型U$V，逆变器作为发电量的输出单元，逆变器所处的光伏方阵中普遍存在组串电流偏低、过低甚至部分组串电流为零的问题，从而严重影响光伏电站的发电量。即使是运行良好的逆变器，也仍存在部分组串电流偏低、过低甚至部分组串电流为零的问题。如何快速找到光伏方阵中普遍存在偏低、过低、为零的组串电流是首要解决的问题。为此，引入汇流箱组串电流离散率的概念，提出了基于汇流箱组串电流离散率的数据分析方法，可迅速定位汇流箱异常组串，帮助运维人员及时排除组串故障问题，达到提高光伏电站发电量的目的。!汇流箱组串电流离散率定义及分类汇流箱组串电流离散率是指光伏电站某台逆变器所带汇流箱组串电流的离散率，它反映了该逆变器下所有汇流箱电池组串的整体运行情况，离散率数值越小，说明各汇流箱电池组串电流曲线越集中，发电情况越稳定。某时刻（!时刻）汇流箱组串电流离散率计算公式为：———————————————————基金项目：水电水利规划设计总院、黄河上游水电开发有限责任公司、北京木联能软件技术有限公司科技项目（88*IW（%!!）%Z）。S;,G3NBI+,;B36Q:C9D/.\3/3=.Q@3]/3;7:]/7D/33;D/71/PBDB+B3，8+./7938:6;,,=3;3?3@,A3/BC,#，0B6#，F3DGD/7HD@@3//D+AI,JB=.;3K3N9/,@,7:C,#，0B6#，（88*IW（%!!）%Z）#第30卷第11期2014年11月电网与清洁能源S,=3;I:PB3A./6C@3./]/3;7:T,@#X%O,#!!O,?#%!Y文章编号：1674-3814（2014）11-0109-05中图分类号：TM615文献标志码：4:;=!#$%&’%()*+图!!#$年$月!!日和!$日某电站汇流箱组串电流离散率分析图%&’(!)&*+,-.-,/.-/0/12*&*34.5-670+.&308398,/0+5+7,,-0.34/:;3=-,*./.&30,-*-+.&-1230?,&1!!/0@?,&1!$，!AB$!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!组串电流#!!式中，!组串电流#为#时刻某台逆变器下所带汇流箱组串电流的离散率，此处的!是指统计学中的标准差系数（#$%%&’&$()#%*+,&+(’$）；#为该逆变器所带汇流箱组串电流的采集时刻点，本文选取-./..0-1/2.太阳能辐射较好的时间段进行分析；为#时刻该逆变器下所带汇流箱组串电流的平均值，!-$$%!-!&%；!为#时刻该逆变器下所带汇流箱组串电流的标准差，!!-’’%!-!（&%0）3，&%为#时刻该逆变器下所带汇流箱第%组串的电流，’为该逆变器下所带汇流箱电池组串的总数量。全天汇流箱组串电流离散率为该逆变器下汇流箱组串电流每个时刻离散率的加权平均值。根据光伏电站生产运维经验和文献456要求，汇流箱组串电流离散率取值范围可分为如下7个等级：-）若汇流箱组串电流离散率取值范围在.89:以内，说明汇流箱支路电流运行稳定。3）若汇流箱组串电流离散率取值在9:8-.:以内，说明汇流箱支路电流运行情况良好。2）若汇流箱组串电流离散率取值在-.:83.:以内，说明汇流箱支路电流运行情况有待提高。7）若汇流箱支路电流离散率超过3.:，说明汇流箱支路电流运行情况较差，影响电站发电量，必须进行整改。!汇流箱组串电流离散率应用以我国西北地区某3.;地面并网光伏电站3.-7年7月的实际生产运行数据为例，应用汇流箱组串电流离散率分析方法评估电站的发电情况。该电站在3.-7年7月份理论发电量2=7555万?·@，实际发电量319721万?·@，上网电量319-15万?·@，发电量等效利用小时数为-2113@（795@AB），系统实际运行综合效率为1-7=:。3.-7年7月该电站发电量趋势变化图如图-所示。由图-可见，电站日均发电量5-=-万?·@，其中3.-7年7月33日发电量最高，为-29-7万?·@；7月37日发电量最低，为-332万?·@。两者相差-335-万?·@。分析7月份发电量最高和最低的一天汇流箱组串电流离散率如图3（+）和图3（C）所示。3.-7年7月33日（电站发电量最高）逆变器下汇图B!B$年$月西北某光伏电站发电量趋势变化图%&’(BC5/0’-34.5-37.7.34/:;3=-,1/0.&0D3,.5=-*.&0?,&1!B$傅国轩，等：并网光伏电站基于汇流箱组串电流离散率的分析方法及应用*#D2.E#--!#$!#$%&’%()*+!!第30卷第11期电网与清洁能源图!#$%年%月%日某电站$&号子阵逆变柜#的实时监测数据’()*!+,-./0(1,123(024(3)5-0-2362*$&789-44-:72;62(3=,40,4-9(3,02;-?@A2B,4A.-3023CA4(.%，$%流箱组串电流离散率如图!（）所示。#台逆变器下的汇流箱组串电流离散率取值范围在$%&’之间，占!(&’；)台逆变器下的汇流箱组串电流的离散率在&’%#$’之间，占*(&+；#$台逆变器下的汇流箱组串电流离散率取值范围在#$’%!$’，占!&’；!,台逆变器下的汇流箱组串电流离散率取值大于!$’，占,&’。说明#$台逆变器下的汇流箱电池组串运行情况有待提高，!,台逆变器下的汇流箱电池组串运行情况较差，影响电站发电量，必须进行整改。!$#-年-月!-日（电站发电量最低）逆变器下的汇流箱组串电流离散率如图!（.）所示。/台逆变器下的汇流箱组串电流离散率在#$+%!$+之间，占!$+；)!台逆变器下的汇流箱组串电流离散率超过!$+，占/$+。说明/台逆变器下的汇流箱电池组串运行情况有待提高，)!台逆变器下的汇流箱电池组串运行情况较差，影响电站发电量，必须进行整改。由!$#-年-月!!日和-月!-日的离散率统计数据可以看出，!$#-年-月!!日汇流箱电池组串运行稳定性明显优于!$#-年-月!-日，可见汇流箱电池组串运行稳定性是影响发电量主要因素之一，如何提高汇流箱电池组串运行稳定性是需要解决的首要问题。!#异常电流组串定位提高汇流箱电池组串运行稳定性在于消除汇流箱异常组串电流，应用汇流箱组串电流离散率分析方法快速定位电流偏低、为零的异常电池组串，分析该电站!$#-年-月!-日（电站发电量最低）逆变器下汇流箱组串电流离散率，查看离散率在#$+%!$+之间、大于!$+汇流箱组串电流，通过逆变器实时监测数据定位异常电流组串。其中，!$#-年-月!-日#&号子阵逆变柜$!下的汇流箱组串电流离散率为&)(0!+，其汇流箱组串电流实时监测数据如图)所示。由图)可见#&号子阵逆变柜$!下的$&号、#!号、#)号、#&号汇流箱下1#)、1#-、1#&、1#,支路电流为$；$0号汇流箱1#!、1#)、1#-、1#&、1#,支路电流为$。!$#-年-月!-日$)号子阵逆变柜$!下的汇流箱组串电流离散率为#*(/&+，其汇流箱组串电流实时监测数据如图-所示。由图-可见，-月!-日$)号子阵逆变柜2下的#&号汇流箱1&支路电流为$。查看组串电流离散率大于#$+的其他)/台逆变器下的汇流箱组串电流实时监测数据，共发现!/-条异常电流组串，其中，!/$条电池组串电流为$，-条组串电流偏低。综上所述，-月!-日该电站异常电流组串为!/-条，其中，!/$条电池组串电流为$，-条组串电流偏低，电池组串的平均发电量为)34·5。全站正常工作逆变器下的电池组串共--*-条，总发电量为#(!!)万34·5。如果所有电流异常的电池组串发电量均达到当日平均发电量水平，则本电站在-月!-日因组串电流异常导致的损失电量为$($/&万34·5，若对!/-条!#$!#$%&’%()*+!!!图!#$!年!月!日某电站%&号子阵逆变柜%的实时监测数据’()*!+,-./0(1,123(024(3)5-0-2362*%&789-44-:72;62%(3,40,4=-9(3,0%2;-?@2A,4@.-3023B@4(.!，%$!电流异常组串进行消缺，电站发电量可提升!#$%。!!损失电量评估发电量是评估光伏电站经济效益的重要指标，造成光伏电站电量损失的原因有多种，如灰尘损失、线路损失等。本文主要分析由于异常组串电流造成的电量损失，重点评估西北地区某&’()地面并网光伏电站&*+,年,月由于组串电流异常造成的电量损失情况，该电站&*+,年,月理论发电量-.,/###万0)·1，实际发电量234/,-3万0)·1，上网电量&34/+3#万0)·1，系统实际运行综合效率为3+/,.%。统计该光伏电站&*+,年,月份的异常电流组串数量，若所有电流异常的电池组串发电量均达到当日平均发电量水平，则该电站异常电流组串造成的损失电量如表+所示。表+中&*+,年,月份异常电流组串为.*!.条，占电站组串总数量的!/*+%，该电站由于组串电流异常造成的损失电量为+3/-,4万0)·1。若对电流异常组串及时进行消缺，则电站发电量可提升!/-*%。由此可见，异常组串的及时消缺对提升光伏电站发电量具有重要意义。#结论本文结合光伏电站的生产运行特点，提出了基于汇流箱组串电流离散率的分析方法，并以我国西北地区某&*()地面并网光伏电站&*+,年,月的实际生