数据质量和光伏电站质量分析

在【zài】近期举【jǔ】办的“第三届【jiè】光伏电站质量高峰论坛【tán】”上【shàng】华北电力大【dà】学【xué】可再生能源学院太阳能研【yán】究中心的【de】朱红【hóng】路对于【yú】数据质量和光伏【fú】电【diàn】站质【zhì】量进【jìn】行【háng】了分【fèn】析【xī】。对于【yú】光伏质量的分析，技术层面上主要有两个：一是对光伏电站【zhàn】的性能状态【tài】进行测试和鉴定；二是利用数据和电【diàn】站的运营数据来【lái】对【duì】光伏【fú】电【diàn】站的性【xìng】能进行分析。今天我们就数据质量问题和光伏电【diàn】站的质量问题之间进行详细【xì】的分析。

如何评价光伏电站质量？

影响光伏电站的质量因素非常的多，首先是光伏组件的影【yǐng】响【xiǎng】，可以认【rèn】为【wéi】光伏组件是【shì】光【guāng】伏电【diàn】站【zhàn】核心的设备【bèi】；其次，光伏电站【zhàn】的设计【jì】过程【chéng】以【yǐ】及施工和安装过程对于光伏电站质量的影响同样非常大；最后，光伏电站【zhàn】的【de】运行和维护也是影响光【guāng】伏电站【zhàn】质量的重要因素【sù】。对于光伏电站的个【gè】体来说，光伏电站的质量直接影响了【le】电站的发电量，直【zhí】接就会影【yǐng】响电站的收益：同时影响光【guāng】伏电站质【zhì】量的因素【sù】还很有可能导致电站的安全【quán】性【xìng】的问题。有资料显【xiǎn】示【shì】，全国【guó】已调查的425座太阳能电站中，30%建成3年以上的电站都出现【xiàn】了不同【tóng】程【chéng】度的问题。因此，对于光伏电站的质量进行科学【xué】的精确评【píng】价和鉴定【dìng】变【biàn】得刻不容【róng】缓。

光伏电站的质量问题【tí】成为行业关【guān】注的焦点【diǎn】，如何对光伏电【diàn】站【zhàn】质【zhì】量的进行量化【huà】或者得到【dào】定性【xìng】的结论呢？主要可以分为两条技【jì】术路线，第一条技术路线【xiàn】我可【kě】以把它称为“性能测试”，对【duì】于光伏电【diàn】站【zhàn】的【de】性能测试可以依托于测试【shì】鉴定机构对光伏电站的核心设备进行相应的【de】测试，例【lì】如组件的测试和鉴【jiàn】定、逆变【biàn】器效【xiào】率【lǜ】的测【cè】试、并网性能以及发电性能【néng】的测试。性能测试【shì】可以有效地获取【qǔ】光【guāng】伏电站【zhàn】的核心关【guān】键设【shè】备【bèi】或者【zhě】局部功能的相应的特性或特【tè】征；第【dì】二条技术路线是对光伏电站【zhàn】的性能利用的运【yùn】营【yíng】数据进行分析，相比于第【dì】一条路线【xiàn】，对【duì】光伏电站的数据分析湿较【jiào】为简单和容易实现的。国内【nèi】目前【qián】涉及到的比较多的两【liǎng】点【diǎn】，一【yī】是光伏电【diàn】站【zhàn】的对标工作，2016年，中电联等许多发电企业就已【yǐ】经【jīng】开【kāi】始【shǐ】了光伏电站的对标工作；另外，光伏【fú】电站【zhàn】在运行过【guò】程中对于电站的效率计算（如大家非常关【guān】注的PR计【jì】算的【de】问题【tí】），最近几年利用国际和国内的相应【yīng】标准也做得非常【cháng】多，此时我们利用光伏电站的运营数据【jù】可以评价【jià】电站的【de】整体【tǐ】质量水平，同时利用局部核心关【guān】键【jiàn】设【shè】备的运行【háng】状态数据也可以来评价光【guāng】伏电【diàn】站核【hé】心【xīn】关键【jiàn】设备的运【yùn】行状态。PR计【jì】算等也【yě】可以依赖于运【yùn】行数据，当建立起了【le】相应的体系，利用运行数据就可以描【miáo】述或者【zhě】表征电站的发电性能；通【tōng】过比【bǐ】较【jiào】全面的指标体系，从【cóng】全面或者局【jú】部【bù】角度来评价电站的性能，实现对光【guāng】伏电站质量【liàng】的【de】分析【xī】。

质量分析引出的数据问题有哪些？

　　一、能效比PR

光伏【fú】电【diàn】站的【de】质量【liàng】分析，以PR计算为例【lì】，PR指标评价电【diàn】站的效果或者【zhě】性【xìng】能是一个综合性的指标。从数学公【gōng】式上来看，PR值【zhí】的定义是实际的发电量和理论发电量的比值，科学性是不【bú】容【róng】质【zhì】疑的，分【fèn】子【zǐ】是测试时间【jiān】段内的实【shí】际发电量，分母是测试时间间隔内的理论发电量PT。从分子和分母的计算【suàn】过程，一般来讲，对于【yú】整个光伏【fú】电站发电量【liàng】数据【jù】整【zhěng】体还是比较可靠的，但是对于实际发电量【liàng】PRD的【de】计算【suàn】或者实际【jì】发电量PRD的测量而言，阵列级别数据【jù】的【de】分辨【biàn】率还没有纳入到量测体系里面，数据【jù】的可【kě】获取性【xìng】也存【cún】在问题。很【hěn】多大型【xíng】并【bìng】网光伏电【diàn】站的都面临这样【yàng】的【de】问题，受【shòu】此影响【xiǎng】调度侧及【jí】电网的安全检【jiǎn】查很难得以应付。

对于理论发电量【liàng】PT计【jì】算，涉及到的问题比实际发【fā】电量PRD的测【cè】量更多【duō】，例如辐照量的测试结果的【de】不准确性、模型的不【bú】确定性。太阳辐射【shè】量是理论发电量PT计算的基【jī】础，理论发电【diàn】量PT是辐照量水平的大小乘以阵列装机【jī】的面积再乘以相应的转换【huàn】效【xiào】率，在【zài】对实际组件或者阵【zhèn】列的运营温度【dù】进【jìn】行相应【yīng】的【de】修【xiū】正得到的【de】一个值【zhí】。实际操作过程中有许多影响数【shù】据【jù】准确性的因素【sù】存在，如：

1、通常一个光伏电【diàn】站的占地面积以及【jí】阵列的数量和组串的数【shù】量是非常多【duō】的，然而光【guāng】伏电站一【yī】般只【zhī】配备一个气象【xiàng】站，测量结果难【nán】以描述【shù】整个电站的辐照【zhào】量【liàng】场【chǎng】、温度场【chǎng】分布，计算误差应运【yùn】而生。另外仪【yí】表误差问题，通常光伏电【diàn】站很少来做【zuò】矫正或者不关【guān】注精度问【wèn】题，直接读数进行上报。

2、直射比，测【cè】得的总辐照量对于晶硅体系的组件来【lái】说【shuō】，接受的【de】大部分【fèn】是直射【shè】辐【fú】射的部分，仪表【biǎo】的总辐照量和组件所【suǒ】接受到的【de】辐照量之【zhī】间【jiān】存【cún】在较【jiào】大的误差；同时不同组件自身的光谱响应特性【xìng】问题【tí】：在AM1.5的光照条件下，光【guāng】谱的【de】分布基【jī】本上接近均匀，但不同类型的光伏组件的光伏响应度分【fèn】布根据【jù】组【zǔ】件【jiàn】的类型特性是有所不同的【de】，直接引起辐【fú】照表所测得的辐照【zhào】强度的大小和组件或【huò】者阵列【liè】所吸收的辐照量之【zhī】间【jiān】并不是等价关系，导致【zhì】分析【xī】过程中【zhōng】的【de】输入参数【shù】的不准确。

典型日条件下的光资源特性

3、电站PT计算过程中模型的不确定性，PT的计【jì】算公式涉【shè】及到了【le】辐照【zhào】量、阵列的【de】面积、对温度的修正以及【jí】相应【yīng】的效【xiào】率。在【zài】计算【suàn】过程中，模【mó】型的本身【shēn】是非常简单的且【qiě】适用于【yú】相应【yīng】的工【gōng】程【chéng】计算，但是【shì】我【wǒ】们【men】对这个【gè】模型做了很多的简化，模型本身【shēn】有许多参数，效率的参数在实【shí】际【jì】的光伏电站的计算过程中和光伏电站的实际性能并不匹配，最终导致【zhì】理论发电量计【jì】算结果存【cún】在偏【piān】差，或者说误差度【dù】还是【shì】非常大的。

对于实际的发【fā】电量，组串、阵【zhèn】列或者【zhě】整站的电气【qì】参【cān】数或者运行状【zhuàng】态纳【nà】入到整个量测体系里面【miàn】是做【zuò】光伏电站PR计【jì】算的前提。目前存在的问题，一是直流侧【cè】组串或者阵列的测量结果很难【nán】计入到大型光伏电【diàn】站主站的量测体【tǐ】系里面，因【yīn】此阵列或者不同组件的性能计算【suàn】问题很多；二【èr】是光伏电站的【de】运行数据的【de】获取困【kùn】难。目【mù】前光伏电站的【de】信息接入是服务于光伏电站产生的电能接入电网【wǎng】、并网【wǎng】的控制、并网的调度的【de】，因此【cǐ】电站的【de】运行【háng】数据是纳入【rù】到【dào】电【diàn】力系统的【de】安全二区里面，电站安全二区的数据不能直接向公网【wǎng】上进【jìn】行反送，导【dǎo】致现在很多大型光伏电站的【de】数据报【bào】送【sòng】都采【cǎi】用【yòng】原始【shǐ】的【de】人工报送【sòng】。

二、对标体系

目【mù】前【qián】对标指【zhǐ】标体系建立的非常【cháng】完善，对标体系对光伏电【diàn】站各【gè】个核心【xīn】关键设备和整个电站的【de】性能评价指标是非常【cháng】全面的，涉及【jí】到【dào】逆变器的效率、阵【zhèn】列的效率、电路的【de】效率和最终并网的【de】弃光率等。但是对标工作【zuò】同样也有【yǒu】许多问题，包括PR计算里面涉及到【dào】的问【wèn】题【tí】，同时逆变器【qì】电【diàn】量数【shù】据缺失，500千瓦【wǎ】或者一【yī】兆瓦以上【shàng】的逆变器【qì】会进入主站，对于小型【xíng】逆变器，由于电站【zhàn】施工和成本的考虑，往【wǎng】往数据很【hěn】难加入主站。第二点【diǎn】是弃光电量的计算，像【xiàng】西北【běi】地区光伏电站【zhàn】面【miàn】临【lín】着电站的弃【qì】光问题，实际【jì】的弃光量受到多【duō】方面的【de】影响，当然电网的调度会对弃【qì】光的问题有影响【xiǎng】，但是电站的实际运行水平也会对电【diàn】站的弃光量带来相应的【de】影响。弃光电量难【nán】以计算，基本上可以看到表【biǎo】格里面，很【hěn】多电站的弃光量【liàng】都是空着的。第三个就是常用【yòng】电量的统计口径不同。第【dì】四【sì】，线损很难计算，利【lì】用计算公式，根据相应【yīng】的运行【háng】数据来【lái】进【jìn】行计【jì】算，这个时【shí】候对于电量的线损非常难【nán】做。另外还有大家【jiā】见到的有很多测试电站【zhàn】的对标文【wén】件里【lǐ】面【miàn】要求的逆变器的效【xiào】率【lǜ】，或者说阵列的效率，不同的【de】设备【bèi】的效率，实际上我【wǒ】们进行测试或者进行分析的话【huà】，操作起来【lái】都会有很多的问题【tí】。因此【cǐ】我【wǒ】们做了一个总结，就是【shì】现状。辐【fú】照量的数【shù】据、日【rì】照的数【shù】据、日照时【shí】数、峰值日照时【shí】数、发【fā】电量【liàng】数据、逆【nì】变器的数据、线损等【děng】各方【fāng】面的数据【jù】实际上存【cún】在较【jiào】大的测【cè】量误【wù】差或者难以获【huò】取。因此，实【shí】际上按照目前【qián】电站【zhàn】的量测体系的【de】现状，难以实现光伏电【diàn】站目前的对标分析工作。

1，光伏电站的设计、设备和施工决定了电站的质量和寿命

光伏电站的设计，光【guāng】伏电站的【de】设备性【xìng】能以及施工的【de】过【guò】程决【jué】定【dìng】了电站的质【zhì】量和寿命。光伏电站电站的全【quán】生命【mìng】周期内【nèi】的总【zǒng】发电量主要取决于前期电【diàn】站【zhàn】的设计、设备选型以【yǐ】及施【shī】工【gōng】的【de】好坏。因【yīn】此，光伏【fú】电站的科学设计、严格的设备选型、严格把【bǎ】控设备的质量和高要求地施工是提高光伏【fú】电【diàn】站水平的最有效手段。

2，数据【jù】质量低劣带来【lái】了分析误差，严重影响了光伏【fú】电站质量分析【xī】结【jié】果

数【shù】据质量的低劣【liè】带来了非常严重【chóng】的分析误【wù】差，严重影响了电【diàn】站【zhàn】质量的【de】分【fèn】析【xī】结果【guǒ】。数据【jù】质量的低劣表现【xiàn】可以归纳为【wéi】以下几点：1，单独地将辐照量测【cè】量拉出，从而造成辐照【zhào】量测【cè】量误差【chà】极大，影响了【le】电站质量的分析；2，数据的不【bú】可靠【kào】性，数据采集和传输过程，即传感器和【hé】传输存在的问题【tí】；3，数据【jù】分辨率过低，对光伏电站的性能进行精【jīng】确的计算，就要【yào】把【bǎ】数据【jù】的分辨【biàn】率做到组件级别、阵列级别甚至组串【chuàn】的级别；4，数据【jù】获取困难【nán】，第三【sān】方的运维企业、数【shù】据服务商、分析服务商对光伏电【diàn】站的质量进行分析，往往【wǎng】还需【xū】要额外的硬【yìng】件成本【běn】来建设数据采集系统。因此，提高【gāo】数据【jù】质【zhì】量水平是我们电站状态分析【xī】评【píng】价、智能运维和故障的基础，亟需业内【nèi】出现标准规【guī】范光伏电站量测体系【xì】的【de】建立(通信【xìn】规约、测量点【diǎn】、传感器标定等)，提出更为合理的光伏电【diàn】站【zhàn】对标【biāo】体系!

3，“数据”是实现光伏电站智能化运行的基础

数据是实现光伏【fú】电站智【zhì】能化运行的【de】基【jī】础，我们【men】只有【yǒu】科学【xué】有效地获取到光伏电站的【de】运营数据才能够做好光【guāng】伏【fú】电站的故障诊断工作、预【yù】测维护【hù】工作和【hé】性能评价工作。组件或者阵列不【bú】同类型的故障【zhàng】表现出不同的电气【qì】特征，通过大数据挖掘的方【fāng】法【fǎ】、参【cān】数辨识的分子建立起光【guāng】伏电站运行【háng】数据和故障之【zhī】间的关系。

来源  | 北极星太阳能光伏网