光伏扶贫村级电站运行稳定性及发电效率提升策略研究

陈玉平，黄 涛，赵太云，向 东

（1.恩施职业技术学院，湖北 恩施 445000；2.国网湖北省电力有限公司 恩施州供电公司，湖北 恩施 445000；3.国网湖北省电力有限公司 巴东县供电公司，湖北 巴东 444300）

0 引 言

村级光伏扶贫电站的发电效率直接决定光伏扶贫产业的收益，通过对光伏发电系统进行设备维护或电站管理，利用智能控制技术等提升光伏电站运行稳定性和发电效率，对促进精准扶贫和稳定脱贫具有重要意义。研究光伏扶贫村级电站发电效率提升策略是促进光伏扶贫产业可持续发展的迫切需要，也是新能源技术领域和国家能源建设越来越重视的研究课题。本文以恩施州巴东扶贫村级光伏电站为例，对如何提高村级光伏电站的运行稳定性及发电效率进行研究，为推动光伏扶贫产业的可持续发展提供借鉴。

1 光伏电站运行稳定性及发电效率影响因素分析

1.1 设备层面的影响因素

光伏电站的安全性直接决定了电站运行的稳定性和发电效率。电站运行安全性在设备层面主要涉及到光伏组件、接线盒、逆变器以及汇流箱等。其中，光伏组件所用太阳能电池的特性要基本一致，若光伏组件不匹配则会造成损耗，若使用质量不合格的电池则会导致热斑效应。热斑效应严重影响组件的寿命，甚至会烧毁组件并引起火灾。而劣质接线盒内部粗糙且电阻较大，易引起接线盒内发热，导致光伏组件烧坏或背板破损。此外，在直流侧电压高达1 000 V的情况下，若逆变器和直流汇流箱的运行数据采集不精确，会导致控制系统误判故障信息断出，直接影响电站的发电。若逆变器内对尘沙的隔离防护不合格，会导致设备腐蚀损坏或开关接触不良。若汇流箱内部连接工艺不合格或连接电缆因施工损坏绝缘层出现内部过热，将会导致汇流箱被烧坏。

1.2 运维层面影响因素

光伏电站运维效率直接影响电站的运行及发电效率。影响因素主要涉及设备厂家的售后服务和电站运维人员的业务水平及运维质量。若设备厂家不能及时定位故障并快速解决设备问题，则故障恢复时间越长，从而电站运行受到的影响越大，电站损失越大。此外，若电站运维人员的技术水平较低，不能及时准确发现和处理常见故障，将会直接影响电站运行，甚至扩大事故。而电站运维管理的责任监管不到位、运维工作、不规范、电站运行数据监查不全、运行设备元器件更换不及时或光伏组件运行环境清理不及时等，会使电站发电量减少或因热斑效应而损坏设备甚至引起更严重的事故。

1.3 光伏电站的运行环境影响因素

光伏电站所处区域的气候环境对光伏电站的运行和发电量产生直接影响。若选址和入射角设计不科学，会造成不可利用的太阳辐射损耗，直接影响日发电量。雷、雨以及大风等恶劣天气和环境温度、湿度、气压、风向及风速等因素均可能使设备损坏，甚至停止工作。此外，若运维不到位，草丛和森林树木等遮挡光伏组件时会导致光伏组件产生热斑效应，造成损失。

而光伏电站与接入电网运行不协调会导致光伏电站发电量减少，设备受损。光伏发电系统结构如图1所示。

当接入电网出现停电故障，若光伏电站并网逆变器的反孤岛效应控制功能失效，则导致孤岛效应，此时会对电力系统运维人员的安全造成威胁，对电力系统继电保护装置的动作程序、电能质量以及供电可靠性等都产生影响。接入电网光伏发电系统具有大量整流与逆变装置，在这些大功率电子器件的作用下会产生大量高次谐波，影响电网的安全稳定性和电网系统的电能质量，还会干扰通信系统。此外，光伏发电系统接入外部电网时会改变电网的电流分布或功率分布，从而导致继电保护出现误动。

2 提高光伏扶贫村级电站发电效率的途径与策略

2.1 创新光伏电站运维管理模式

建立安全可靠且高效的保障体系是扶贫电站发挥效益的关键。探索创建“政府主导、专业公司运维、村级日常管护、科技手段管控、供电结算服务、部门监督分配”的“六位一体”运行维护模式，从技术监督、管理监督及审计监督入手，加强光伏电站运维管理，从而全方位提升光伏电站的运行稳定性，提质增效。

2.1.1 技术监督

技术监督包括5个方面。一是根据村级光伏站点多面广和交通闭塞等特点，利用电商平台打造光伏云运维系统线上监督。二是利用网络服务平台远程监测电站的发电状态、发电电量及发电效率，县级管理人员和村级管理人员共享监测信息，及时精准了解动态情况，确保光伏电站高效稳定运行。三是建立由各乡镇供电所长、所辖贫困村干部和日常看护人员组成的微信管理群，准确掌握电站运行情况，及时反馈电站故障。四是提供技术服务和信息支撑，定期综合检查并评估村级光伏电站的运行状况，及时处理故障缺陷。五是落实专人跟踪督导，对光伏电站光伏组件、逆变器、线缆设备以及变压器等设备进行地毯式排查，及时发现问题并处理。

2.1.2 管理监督

管理监督包括3个方面。一是建立光伏运维监督信息管理微信群，日常推送光伏电站发电明细、光伏电站线损率、日利用小时数以及日偏差等数据，督办专业运维公司判断光伏电站的运行状态并对其进行处理。二是每月总结一份光伏扶贫电站运行分析报告，对当月光伏电站的发电量、电费结算、补贴发放、停运时间以及发电量排名等进行分析，将其反馈给专业运维公司。三是监督专业运维公司运维是否及时、村集体看护人员是否履职到位、运维设备是否可靠运行以及电站设施是否损坏，保证电站发电安全可靠。

2.1.3 审计监督

督办政府管理部门统一分村设立扶贫电站账簿和科目，委托中间机构开展专项审计工作。

2.2 优化设备运行稳定性

优化光伏组件、逆变器及汇流箱等主要设备，从而保证光伏电站稳定运行，提升发电效率。

2.2.1 光伏发电组件

光伏发电组件优化主要从4个方面入手。一是尽可能选择同一批次并经过精密测试的电池片，避免性能不一，二是严格检查电池片是否有隐裂、虚焊、异物以及人为混片等情况，三是注意接线盒的质量，选择质量较好的接线盒，四是合理设计和及时运维，减少因遮挡出现的光伏组件热斑效应，确保光伏组件正常发电。

2.2.2 逆变器及汇流箱

逆变器及汇流箱优化主要包括3个方面。一是设备选择时优先选用同一厂家同一型号的汇流箱和逆变器，提高通信匹配度，降低运维难度，确保在出现故障时能快速定位，缩短故障恢复时间，降低损失。二是利用先进的远程监控技术和网络服务平台精准监测设备的运行状态，及时发现并解决问题，确保设备稳定运行。三是找准光伏系统与外部电网之间不协调的原因，研究相应的方案与实现策略，减少非协调性运行引起的跳闸问题。

2.3 强化光伏系统与公用电网的协调性

光伏发电在接入电网系统时，应当优化光伏接入分布，合理选择光伏接入点，包括光伏电站的分布、容量大小的优化以及潮流的分布等，从而保证接入光伏发电站的系统稳定运行。在电网结构方面，确保光伏电站接入后的电网结构满足电网电压质量的要求。此外，优化配置电网系统的无功补偿装置，调节系统无功，提高电网的功率因数，改善供电环境，提升电网的安全运行质量。对于光伏组件串联数为Nss、并联数为Npp的Nss×Npp光伏组件阵列，其电压较单个光伏组件提高了Nss倍，电流扩大了Npp倍。串联二极管B，利用其单向导电性能，防止外部电网向光伏组件反充电。并联旁路二极管是防止因热斑效应损坏光伏电池板。防反充二极管与旁路二极管的应用接线如图2所示。

图2 防反充二极管与旁路二极管的应用接线

3 结 论

对于点多面广、交通闭塞及运维队伍技术水平普遍不高的村级光伏站，准确分析光伏电站运维管理存在的问题，研制“六位一体”高效运行维护模式，充分利用网络手段寻找影响光伏电站发电效率的因素，从光伏组件、汇流箱以及逆变器等重要设备的运行状态和光伏电站与接入电网的协调稳定性等方面研究有效策略与方案，减少因非协调性运行引起的跳闸，从而提高光伏电站的发电效率。