数据质量和光伏电站质量分析

在近期举办【bàn】的【de】“第三届光伏电站质量高峰论坛”上华北电力大【dà】学可再生能源学院太阳能【néng】研究中【zhōng】心的朱【zhū】红【hóng】路对于数据【jù】质量和光伏电站质【zhì】量【liàng】进行了分析。对于光【guāng】伏【fú】质量的分【fèn】析，技【jì】术层面【miàn】上主要有【yǒu】两个：一是【shì】对光伏【fú】电【diàn】站的性能状态进行测试和鉴定；二【èr】是【shì】利用数据和电站的【de】运营数据来对光伏电【diàn】站的性【xìng】能进行分析。今天我们就【jiù】数据质量问题和光伏电【diàn】站【zhàn】的质【zhì】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响，可以认【rèn】为光伏【fú】组件是光伏电站核心【xīn】的设备；其次，光伏电站的【de】设计过程【chéng】以及施工【gōng】和安装过【guò】程对于【yú】光伏电站质【zhì】量的影【yǐng】响同样非常大；最后，光伏电站的运行和维护也是影响【xiǎng】光伏【fú】电站质量的重【chóng】要因素。对于光伏电站的个【gè】体【tǐ】来说，光伏电站的质量直接影响【xiǎng】了电【diàn】站的【de】发电量，直接就【jiù】会影【yǐng】响电站的【de】收益：同时影响光【guāng】伏电站质量的因素还很【hěn】有可【kě】能导致电站的安全性的问题。有资料显示，全国已【yǐ】调查【chá】的425座太阳能【néng】电站中，30%建成3年以【yǐ】上的电站【zhàn】都【dōu】出现了【le】不【bú】同【tóng】程度【dù】的问题。因此，对于光伏电站的质【zhì】量【liàng】进行科学的精确【què】评【píng】价和鉴定变得刻不容缓。

光伏电站的质量问题成为【wéi】行业关注的焦点，如何对光伏电站【zhàn】质量的进行量【liàng】化或者【zhě】得【dé】到定性的结【jié】论呢？主【zhǔ】要可以分【fèn】为【wéi】两条技术【shù】路【lù】线，第一条技术路线我可【kě】以把它称为“性【xìng】能测试”，对于光伏电站的性能测【cè】试可以依托于测试鉴定机构【gòu】对光伏【fú】电【diàn】站【zhàn】的核心设备进【jìn】行相应【yīng】的测试，例【lì】如组件的【de】测试和鉴定、逆变器效率的测试、并【bìng】网性能【néng】以及发电性能的测【cè】试。性能测试可【kě】以有效地【dì】获取【qǔ】光伏电【diàn】站的核心【xīn】关键设备或者【zhě】局部功能的相应的【de】特性【xìng】或特征；第【dì】二条技术路线是对光伏电站的性能利用的【de】运营数【shù】据进行分【fèn】析【xī】，相比于第一条路线，对光伏电站【zhàn】的数据分【fèn】析【xī】湿较为简单和容易实现的【de】。国【guó】内目前【qián】涉及到的比较多的两点【diǎn】，一是光【guāng】伏电站【zhàn】的对标工作，2016年【nián】，中电联等许多【duō】发电企业就已【yǐ】经开始了光伏电站【zhàn】的对标工【gōng】作【zuò】；另外，光伏电站在运【yùn】行过程中对于电站【zhàn】的效【xiào】率【lǜ】计【jì】算（如大家非【fēi】常关注的PR计算的问题），最近【jìn】几年利用国际和【hé】国内【nèi】的相应标准也做得非【fēi】常多，此时我们【men】利用光伏电站的运【yùn】营数【shù】据可以评价【jià】电站的整体质量水平，同时【shí】利用局部核心关键设备【bèi】的运【yùn】行【háng】状态数据也【yě】可以来评价光伏电站核心关键设备的运行【háng】状态。PR计【jì】算等【děng】也可以依赖【lài】于运行数据【jù】，当建立起了相应的体系，利用运【yùn】行【háng】数据就可【kě】以描【miáo】述或者【zhě】表征电【diàn】站【zhàn】的【de】发电性能；通过比较全面的【de】指标体系【xì】，从全【quán】面或【huò】者局部角度来评价电【diàn】站的性能【néng】，实现对【duì】光伏【fú】电站质量的分析【xī】。

质量分析引出的数据问题有哪些？

　　一、能效比PR

光伏【fú】电站的质量分析，以PR计算【suàn】为例，PR指标【biāo】评价电站【zhàn】的【de】效果或者性能是【shì】一个综合【hé】性的【de】指标。从数学【xué】公式上来【lái】看，PR值的定义是【shì】实【shí】际的发电量和理论【lùn】发电量【liàng】的比【bǐ】值【zhí】，科学【xué】性是不容质疑的，分子是【shì】测【cè】试时【shí】间段内的实际【jì】发【fā】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【jì】算过程【chéng】，一般来讲，对于整个光伏电【diàn】站发电【diàn】量【liàng】数据整体还是比较可靠【kào】的，但是对于实际发电量PRD的计【jì】算或者实【shí】际发【fā】电量PRD的【de】测量而【ér】言，阵列级别数据的分辨率还没有纳入到【dào】量测体【tǐ】系里面，数据的可获取性也【yě】存在【zài】问题。很多【duō】大型并网光伏电【diàn】站的都面临这样的问题，受此影响调度侧【cè】及【jí】电网的安全检查很难【nán】得以应【yīng】付。

对于理【lǐ】论发电量【liàng】PT计算，涉及到的问【wèn】题比实际发电量PRD的测量【liàng】更多，例如辐照量的测【cè】试结【jié】果的不准确性、模型【xíng】的不确定性。太阳辐【fú】射【shè】量是理论发电【diàn】量PT计【jì】算的基础，理论发电【diàn】量PT是辐照量水平的大小乘以【yǐ】阵列【liè】装机【jī】的面积【jī】再乘以【yǐ】相应的转【zhuǎn】换效率，在对实际【jì】组件【jiàn】或者【zhě】阵列的【de】运营温度进行相应的修【xiū】正得到的一个值。实际操作【zuò】过程中有许多影响数据准确性的因素存【cún】在【zài】，如：

1、通常一【yī】个光伏电站的【de】占地面积以【yǐ】及阵【zhèn】列【liè】的数【shù】量和组串的数量【liàng】是非常多的，然而光伏电【diàn】站一般【bān】只配【pèi】备一个气象站，测量结果难以描述整个电站的辐【fú】照【zhào】量场、温度场分布，计算【suàn】误差应【yīng】运【yùn】而生。另外仪【yí】表误差问题，通常光伏电站很少来做【zuò】矫正或者不关注精度问【wèn】题，直接读数进行【háng】上报【bào】。

2、直【zhí】射比，测得的总辐照量【liàng】对于晶硅体系的组件【jiàn】来说，接【jiē】受的大部分是直射【shè】辐射的部分，仪【yí】表的总【zǒng】辐照量和组件所【suǒ】接【jiē】受到【dào】的辐照量之间存在较大的【de】误【wù】差；同时不同组件自身的光谱【pǔ】响应特性问题【tí】：在AM1.5的光照条【tiáo】件【jiàn】下，光谱的分【fèn】布基本上接近均匀，但【dàn】不同类型的光伏组【zǔ】件【jiàn】的【de】光伏【fú】响应度【dù】分【fèn】布根据【jù】组件的类型特性是【shì】有所不【bú】同的，直接引起辐照【zhào】表所测得的辐照强度的大【dà】小和组件或者阵列所吸【xī】收的辐照【zhào】量之间并不是【shì】等价关系，导致分析过程中的【de】输【shū】入参数的不准确。

典型日条件下的光资源特性

3、电站【zhàn】PT计算过程中模型【xíng】的不确定性【xìng】，PT的计算公式涉及到了辐照量【liàng】、阵列的【de】面积、对【duì】温度的修【xiū】正【zhèng】以及相应的效率。在【zài】计算【suàn】过程【chéng】中，模【mó】型的本身【shēn】是【shì】非常简【jiǎn】单【dān】的且【qiě】适用于相【xiàng】应的工程计算，但是【shì】我们对这【zhè】个模型做了很多的简化【huà】，模型本身有许多参数，效率的参数在实【shí】际的【de】光伏电站的计算过程中和光伏电【diàn】站的实际性能并不匹配，最终导致理论【lùn】发电量计【jì】算结果存在偏差，或者说误差度还是【shì】非【fēi】常大的【de】。

对于实际的发【fā】电量，组串、阵列或者整站的电气参数或者运【yùn】行状【zhuàng】态纳入到整个量测体【tǐ】系里面【miàn】是做光伏【fú】电【diàn】站PR计算的前提。目前存在的问【wèn】题，一【yī】是【shì】直【zhí】流侧组串或者阵列的测量结果很难计入到大型光伏【fú】电站主【zhǔ】站【zhàn】的量测体系里面，因【yīn】此【cǐ】阵列或者不同组件的性能【néng】计算问【wèn】题很多【duō】；二是【shì】光【guāng】伏【fú】电站【zhàn】的运行数据的获【huò】取困难。目前光伏电站的信息接入是服务【wù】于光伏电站【zhàn】产【chǎn】生的电能接【jiē】入电网、并网【wǎng】的【de】控制、并网【wǎng】的调度的，因此电站的运【yùn】行数【shù】据是纳入到【dào】电力系统的安全二【èr】区里【lǐ】面，电站安全二区的数据不【bú】能直接向公网上【shàng】进行反【fǎn】送，导致现在【zài】很多大【dà】型光伏电站的【de】数据报送都采用【yòng】原始的人【rén】工报送。

二、对标体系

目前【qián】对标指标体系【xì】建立的非常完善，对标体系对光伏电站各个核心关键设备和整个电站的性能评价指标【biāo】是非常全面的，涉及到逆变器【qì】的效率、阵列的效率、电路的效率和最终【zhōng】并【bìng】网的弃【qì】光率等。但是对标工作同【tóng】样也有【yǒu】许多问题，包括PR计算里面涉及到的问【wèn】题，同时【shí】逆变器电量数据缺失，500千瓦或者一【yī】兆瓦以上的逆变器会进入主【zhǔ】站，对于小型逆变器，由于电站施【shī】工和【hé】成本的考虑，往【wǎng】往数【shù】据很难加【jiā】入主站。第二【èr】点是弃光电量的计算，像西北地区光伏电站【zhàn】面临着【zhe】电站的弃光【guāng】问题，实际的弃光【guāng】量【liàng】受到多方面的影响，当然电【diàn】网的调【diào】度会对弃光的问题有【yǒu】影响，但【dàn】是电【diàn】站的实际运行水平也【yě】会对电站的弃光量带来相应的影响。弃光【guāng】电量难以【yǐ】计算，基本上【shàng】可以看【kàn】到表格里面，很多【duō】电站的弃光量都是空着【zhe】的。第三个就是常用【yòng】电量的统【tǒng】计口径不同【tóng】。第四【sì】，线损很难计算，利【lì】用计算公式，根据相应【yīng】的运行数据来进【jìn】行计算【suàn】，这个时候【hòu】对于【yú】电量的线【xiàn】损非常难做。另外还有大家见到的有很【hěn】多测试电站的对标文【wén】件里面【miàn】要【yào】求【qiú】的逆变器的效率【lǜ】，或者说阵【zhèn】列【liè】的效【xiào】率【lǜ】，不同【tóng】的【de】设备的效率，实际上我们进行测试或者进行分析【xī】的话，操作起来都【dōu】会【huì】有【yǒu】很多的问题【tí】。因此【cǐ】我们做【zuò】了【le】一个【gè】总结，就是现状。辐【fú】照【zhào】量【liàng】的数【shù】据、日【rì】照【zhào】的数据、日【rì】照时数、峰【fēng】值日照时数【shù】、发电量数据、逆【nì】变器的数据、线损等各方面的数【shù】据实【shí】际上存【cún】在较大【dà】的测量误差【chà】或者难以获取。因此，实际上按【àn】照【zhào】目前电【diàn】站【zhàn】的量【liàng】测体系的现状，难以实【shí】现光伏电【diàn】站目【mù】前的对【duì】标分【fèn】析【xī】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【shè】计，光伏电站的设备【bèi】性【xìng】能以及【jí】施【shī】工的过程决【jué】定了电站【zhàn】的质量和寿命。光【guāng】伏电站电站【zhàn】的全生命周期【qī】内的总发电量主要取决【jué】于前期电站【zhàn】的设计、设备【bèi】选型以及施工的好坏。因此，光伏电站的科学设计、严格的【de】设备选【xuǎn】型【xíng】、严格把控设【shè】备的质量和高要求地施【shī】工是【shì】提高光【guāng】伏电【diàn】站水平【píng】的最有效手段。

2，数【shù】据质【zhì】量低劣带【dài】来了分析误【wù】差，严重影响了光【guāng】伏电站【zhàn】质量分析结果

数【shù】据质量的【de】低【dī】劣带来了非常严重的分析误差，严重影响【xiǎng】了电【diàn】站质量的【de】分析【xī】结果。数据质量的低【dī】劣表现可以归纳为【wéi】以下几点：1，单【dān】独地将辐照量测量拉出，从而造成辐照【zhào】量【liàng】测量误差【chà】极大，影响【xiǎng】了电站质【zhì】量的分析；2，数据的不可靠性，数据采【cǎi】集和传【chuán】输过程，即传感器【qì】和【hé】传输【shū】存【cún】在的【de】问题；3，数据【jù】分辨率【lǜ】过低【dī】，对光【guāng】伏【fú】电站【zhàn】的性【xìng】能进【jìn】行精确的计【jì】算，就要把数据的分辨率【lǜ】做到组件级别【bié】、阵列级别甚【shèn】至【zhì】组串的级别；4，数据获取【qǔ】困难，第三方的运维【wéi】企业、数【shù】据服务商、分【fèn】析服务商对光【guāng】伏电站【zhàn】的【de】质量进行分析，往往还【hái】需要额外的硬【yìng】件成本来建【jiàn】设【shè】数据采集系统。因此，提高【gāo】数据【jù】质量水平是我们电站状态分析评价、智能运维和【hé】故障的基础，亟【jí】需业内【nèi】出现标准规范光伏电站量测【cè】体系的建【jiàn】立(通信规约、测量点、传感【gǎn】器标定等【děng】)，提出更为【wéi】合理【lǐ】的光伏电【diàn】站对标体系!

3，“数据”是实现光伏电站智能化运行的基础

数据是【shì】实【shí】现光【guāng】伏电站智【zhì】能【néng】化运行的【de】基础，我们只有科学有效【xiào】地获取到【dào】光伏电【diàn】站的运【yùn】营【yíng】数据才能【néng】够做好光伏电站的故【gù】障诊断【duàn】工作、预测维护工作和性能【néng】评价工作【zuò】。组件或者阵列【liè】不同【tóng】类型的故障表现出不同的电气特征【zhēng】，通过大数据挖掘的方法、参【cān】数辨识的分子建立【lì】起光伏电站运行数据【jù】和故障之间【jiān】的关系。

来源  | 北极星太阳能光伏网