摘　要：能源是社會建設發(fā)展的基礎資源，隨著我國經濟快速發(fā)展，傳統(tǒng)化石能源不足以及其所導致的環(huán)境污染問題日益突出， 發(fā)展新能源將有助于推動經濟發(fā)展、保護環(huán)境。地面光伏發(fā)電技術便是其中之一，本文簡述分布式光伏發(fā)電現狀，探究影響分布式光 伏發(fā)電效益的因素，并探析分布式光伏發(fā)電技術的改進

關鍵詞：分布式光伏發(fā)電；現狀分析；技術優(yōu)化

0.引言 

我國西部地區(qū)擁有豐富的太陽能，光伏發(fā)電效益顯著， 而分布式光伏發(fā)電能夠有效解決太陽能分布不均的問題， 在科學合理的設計下實現太陽能的開發(fā)利用，提高光伏發(fā)電的經濟效益。

1.分布式光伏發(fā)電發(fā)展現狀

分布式光伏發(fā)電項目所具有的分散化能源供應能力逐 漸替代非專業(yè)化的光伏電站建設，成為諸多企業(yè)開展光伏 發(fā)電的主要方向。近年來光伏產業(yè)一直是高度的政策驅動 產業(yè)，在政府遏制盲目性投資、出臺平價上網等政策后， 企業(yè)在分布式光伏發(fā)電建設中不斷探究技術的發(fā)展進步與 成本控制，以求達到高質量的經濟效益。從光伏發(fā)電發(fā)展 的大環(huán)境來看，分布式光伏發(fā)電項目開發(fā)過程中出現了一 些問題，影響到光伏發(fā)電系統(tǒng)的運行質量與安全，而且光 伏發(fā)電本身受限于太陽能的不穩(wěn)定性會對電網并網造成一 定影響，需要在最大限度收集太陽能的同時降低電網運行 的風險系數。榆樹井煤礦沒有盲目建設分布式光伏發(fā)電項 目，而是在完場項目現場調研，編制分布式光伏發(fā)電項目 可行性研究報告，通過市場調研，選取適合單位實際情況 的光伏板、匯流箱、計量柜等軟硬件設備后才開始分布式 光伏發(fā)電項目的建設，高質量的準備為地面分布式光伏發(fā) 電系統(tǒng)的高效運作提供了保障，光伏板發(fā)電正常，無高 出要求諧波，電壓穩(wěn)定，輸出電壓380V，日發(fā)電量7548 度，符合設計要求?；旧弦?guī)避了分布式光伏發(fā)電項目開 發(fā)過程中的常見問題，確保分布式光伏發(fā)電項目的有效運 用，實現了對分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)與組件設備的質量控制 管理，保障了光伏發(fā)電的整體運行穩(wěn)定性。

2.影響分布式光伏發(fā)電效益的因素 

2.1光伏技術

“科學技術是第一生產力"，光伏發(fā)電技術以及其他技 術工藝本身決定了光伏發(fā)電成本以及發(fā)電效率，隨著光伏 發(fā)電項目補貼逐漸減低，在光伏發(fā)電項目的技術工藝以及1671-2064(2022)09-0110-03 材料設備對于分布式光伏發(fā)電效益的影響將會越來越大。光伏技術本身在分布式控制下雖然可以帶來一定的積極作 用，但受限于技術工藝發(fā)展水平以及設備設施瓶頸因素， 分布式控制技術在通信傳輸過程中的準確性和速度容易受 到強電系統(tǒng)的電磁干擾影響。而且配電網的電壓調節(jié)技術 也會影響到光伏發(fā)電效益，像是過往電壓調節(jié)多采用投切 電容電抗器，沒有配置動態(tài)調節(jié)設備，這就造成電壓調節(jié) 沒有對電流負荷進行預測，不僅會降低發(fā)電效率，而且可 能會引起電壓超標問題。企業(yè)在分布式光伏發(fā)電項目建設 中只有最大限度地優(yōu)化技術工藝，確保各項技術的有效運 用，才能提高光伏發(fā)電的經濟效益。

2.2投資成本

分布式光伏發(fā)電項目的前期投資與后期運維成本均較 高，雖然光伏項目能夠為投資者帶來良好的收益，但是投資 前期需要采購的設備硬件較多，筆者所在地區(qū)太陽能豐富、 日照時間長，年太陽輻射總量在5711MJ/m2～ 6096MJ/m2， 年日照時數在3000h左右，且年平均降水量在300mm 以下，氣候條件具有可觀的光伏發(fā)電效益，才在建 筑、車間、停車場等屋頂設置光伏發(fā)電裝置，并直接并入 礦井低壓電網，為礦井能源系統(tǒng)用電提供補充。隨著光伏 發(fā)電項目的大規(guī)模應用與可持續(xù)發(fā)展，光伏發(fā)電的投資成 本還在不斷降低，特別是在煤炭價格上升后，煤炭發(fā)電成 本相比光伏發(fā)電成本在不考慮環(huán)境影響的情況下沒有顯著 優(yōu)勢，何況光伏發(fā)電成本隨著技術進步呈現逐漸降低的趨 勢，2010―2018年，光伏組件價格下降80%左右，而且 煤炭發(fā)電的環(huán)境代價容忍性較低，使得光伏發(fā)電項目在綜 合經濟效益上占據發(fā)展優(yōu)勢。在后期運營成本上，光伏組 件設備的價格降低以及效率提升，也間接降低了后期的運 營與維護成本。當然，最關鍵的依然是分布式光伏發(fā)電項 目的經濟收益，除了補貼政策獲得的資金外，自發(fā)電力節(jié) 省的電費以及出售多余電量的收入都伴隨著前期投資成本 的降低而穩(wěn)步提高，這為分布式光伏發(fā)電技術優(yōu)化研究提供了經濟基礎。

2.3補貼政策

補貼是光伏發(fā)電產業(yè)迅猛發(fā)展的根本，2008―2018 年，我國光伏產業(yè)發(fā)展迅速，其中補貼政策對促進發(fā)展起 著至關重要的作用。光伏發(fā)電技術的進步以及補貼政策的 不斷調整為分布式光伏發(fā)電項目，其中有關明確縮小補貼 規(guī)模且只有被承認規(guī)模管治的光伏發(fā)電項目才享受補貼。 為此，榆樹井煤礦嚴格按照國家及電力行業(yè)項目規(guī)范標準 建設執(zhí)行，確保所發(fā)電能質量與電網一致，并根據不 同太陽電池陣列選用不同類型與功率的并網組件設備，保 證光伏系統(tǒng)的直流電轉變?yōu)檫m合于電網的交流電，能夠享 受到光伏發(fā)電的補貼政策?？傮w來看，光伏發(fā)電補貼正在 逐漸降低，想要依靠光伏發(fā)電補貼獲取收益并不現實，只 有憑借光伏發(fā)電技術優(yōu)勢以及企業(yè)用電需求拉動光伏發(fā)電 技術的發(fā)展才是分布式光伏發(fā)電技術發(fā)展的主要方向，不 過當前在技術改進以及經濟效益計算中依然可以加入補貼 資金，以此找到未來確保經濟效益和技術改進的方向。

3分布式光伏發(fā)電技術改進策略 

3.1實施孤島保護

分布式光伏發(fā)電的規(guī)?；瘧檬沟弥T多逆變器設備并 入電網，而這也產生諸多公共耦合點諧波過大、逆變器脫 網、非計劃性孤島運行等問題，對電網的安全運行帶來影 響。在光伏系統(tǒng)正常工作時，逆變器將會把發(fā)出的電能輸 送至電網，而當電網故障時，系統(tǒng)無法及時檢測到電網狀 態(tài)而繼續(xù)向電網輸送電能，就會造成系統(tǒng)出現孤島效應， 會對整個系統(tǒng)中的設備造成影響甚至損壞。而孤島保護技 術就是為了維持分布式光伏電網的穩(wěn)定運行，主動斷開并 網連接設備的一種技術。此技術需要對非計劃的孤島運行 狀態(tài)有著準確的判斷，并能夠分析在孤島狀態(tài)下電網會對 電氣設備造成何種影響，是否存在安全風險，為設計人員 或維護人員提供安全控制數據和應急處理預案，確保分布 式光伏電網的正常運行。榆樹井煤礦使用的設備防護包括 DC記憶反接保護、直接輸入開關、絕緣阻抗檢測、交流 短路保護、浪涌保護、防PID保護、AFCI保護等，在孤 島保護技術運用中主要是通過被動過、欠壓孤島檢測或是 電壓相位突變檢測方法來檢測孤島效應，這兩種方法簡單 便捷，容易實現，但缺陷是對閾值設定準確度要求較高， 否則容易出現檢測盲區(qū)。而在信息技術和網絡系統(tǒng)的發(fā)展 中，通過實時監(jiān)測主動實施孤島保護成為可能，通過在控 制電流的幅值、頻率或相位上加入一個擾動來判斷是否存 在孤島效應，正常情況下擾動受限于大電網的鉗制作用， 不會造成明顯變化，而存在孤戰(zhàn)狀況時，擾動作用就比較 明顯，以此來判斷是否發(fā)生孤島。可采用主動頻率偏移法、 自動相位偏移法、GE防孤島方法、無功功率擾動法等， 這些方法都能主動檢測孤島效應，根據國家光伏并網技術 標準的要求，必須要設置主動和被動各一種防孤島效應保護方法，確保在電網失壓時，防孤島保護可以在2s內將光伏系統(tǒng)與電網斷開，保障光伏系統(tǒng)及其設備的安全。

3.2增強運維管理

榆樹井煤礦大規(guī)模利用新能源，建設新能源綜合利用 控制系統(tǒng)，實現多種能源的有效結合，而相關系統(tǒng)與設備 的應用也帶來了電能的大量消耗，為了堅持節(jié)能減排和環(huán) 境保護的基本方針，結合當地光照氣候特點，開發(fā)光伏發(fā) 電來補充電能消耗，實現能耗平衡。能耗平衡的關鍵在于 分布式光伏發(fā)電項目的高效運用，這就需要光伏發(fā)電運維 管理的有效支撐，而技術和管理是促進分布式光伏發(fā)電項 目發(fā)展的主要推動力。分布式光伏發(fā)電技術改進的關鍵在 于光伏技術發(fā)展和成本控制，與技術和管理相互對應。在 技術工藝改進方面，專業(yè)光伏產業(yè)自然是優(yōu)化光伏技術， 而客戶方面也需要注重光伏材料成本、光伏組件壽命、電 池結構的研究和簡化，通過技術改進來降低材料成本，提 升組件的使用期限，創(chuàng)新光伏發(fā)電的應用模式。例如：使 用先進信息技術智能化構建分布式光伏，智能運行管理和 維護，并結合企業(yè)單位的具體情況科學配置分布式光伏發(fā) 電的形式，促進光伏與建筑或是其他設備的一體化系統(tǒng)建 設，依靠企業(yè)本身特點形成自己的光伏發(fā)電優(yōu)勢。而在運 營管理方面，應當將大數據、云計算等信息技術應用于智 能光伏發(fā)電系統(tǒng)之中，分析發(fā)電效率低、可靠性低等問 題，并為運行和管理提供實時數據，建設智能化的光伏電 力管控中心，設立基于光伏發(fā)電系統(tǒng)的管理標準，加入專 家分析系統(tǒng)，使分布式光伏發(fā)電的運營管理更加完善。在 系統(tǒng)化、一體化、規(guī)范化的分布式光伏發(fā)電管理環(huán)境中， 光伏發(fā)電技術才能得到有效的支持和創(chuàng)新發(fā)展，比如電力 系統(tǒng)管理人員通過手機就可以實現各個場域發(fā)電系統(tǒng)的監(jiān) 管，維護人員也可以使用手機來進行遠程訪問，監(jiān)控建筑 屋頂的發(fā)電設備運行情況。網絡的優(yōu)勢為遠程管理與無人 值守提供了幫助，減少資源投入，實現資源的有效配置。

3.3完善接入方案

分布式光伏發(fā)電項目接入系統(tǒng)的方案根據實際情況而 定，本文以全部自用的方式提出接入系統(tǒng)方案。主要的接 入設備包括導線、斷路器和無功補償裝置，需要根據光伏 發(fā)電項目本身的發(fā)電功率以及并網電壓來決定，榆樹井煤 礦的分布式光伏系統(tǒng)容量為1500kW，在各廠房屋頂和空 閑場地配置并網逆變器和匯流箱，光伏并網電壓以380V 匯入匯流箱并輸入電網，所有線路導線都經過校核，符合 供電容量要求。斷路器選擇小型和萬能式斷路器兩類，具 備開斷故障電流的能力，并且有低壓并網專用斷路器，具 備失壓跳閘與有壓合閘功能。無功補償裝置根據不同場域 之間的發(fā)電功率因素來確定，場域間發(fā)電功率因素超過 0.97 則無需配置無功補償裝置。其他設備及組件均符合國 家及電力行業(yè)相關技術標準，具備認證報告，并且新的光 伏發(fā)電項目均建設在廠區(qū)內部，只需與原有供電設施和公共電網連接即可，無需另外架設電路。在技術改進方面， 并網電能表采用GPRS三相靜止式多功能電能表，精度 高于0.5S級，電流互感器與電壓互感器達到0.2S與0.2 級。在接入方案的優(yōu)化中還需考慮分布式光伏發(fā)電產生的 諧波、電壓波動等可能對電能質量產生影響的因素，可采 用獨立監(jiān)測系統(tǒng)連續(xù)24h不間斷監(jiān)測并網發(fā)電系統(tǒng)的運行 狀況以及并網逆變器的運行數據，確保分布式光伏發(fā)電系 統(tǒng)的穩(wěn)定運行。另外，需要注意的是不同場域光伏發(fā)電 項目接入方案存在差異，不同場域的負荷情況各不相同， 部分區(qū)域可能存在用電量波動幅度較大的情況，特別是建 筑較多的區(qū)域，需要通過對用電信息進行采集和數據分 析，計算出24h內的有功功率，了解區(qū)域最大、最小以及 平均負荷。在正常情況下光伏發(fā)電項目先要接入用電線路 進行負荷供電，剩余部分用電線路進入主二次母線，不供 電至公共電網，才能確保在最大負荷下光伏發(fā)電的電能可以高效運用。

3.4優(yōu)化調壓技術

調壓技術是分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)中常見的一種技術工 藝，受制于太陽光線的直接影響，光伏發(fā)電具有不穩(wěn)定 性，在電力并網中光伏電力產生較大的電力波動很容易對 主電網造成一定干擾，影響到分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的可靠 性。為了解決這種問題，調壓技術便是利用電壓調節(jié)器對 分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)進行合理控制，對處在負荷點的電壓 進行控制，確保電壓產生的波動能夠處在安全范圍內，即 便在光伏發(fā)電效率較高，出現線路輕載的問題，電壓調節(jié) 器依然能夠保障并網過程中光伏電網的電壓低于安全電 壓，保障并網工作的質量與安全。在技術層面上優(yōu)化調節(jié) 技術主要是采用調度自動化和系統(tǒng)通信技術兩種方面，自 動化技術采用智能系統(tǒng)憑借傳感器反饋的數據自動執(zhí)行調 壓，不過這對系統(tǒng)性能和傳感器的要求較高，投入成本較大，多是在并網末端或是電網關鍵位置采用。而通過傳感 器上傳電壓信息至光伏發(fā)電管理部門，由信息系統(tǒng)分析并 反饋給管理人員判斷成為一種更加經濟的方式，只需采取 相應監(jiān)測與補償措施，管理人員便能使電壓滿足接入電網 的要求。而在設計建設方面，可以將調壓器的接入位置安 設在光伏發(fā)電儲能階段，即在開發(fā)階段便能夠合理調節(jié)與 控制光伏發(fā)電的波動，保障分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)并網的安 全性。這需要管理人員了解分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的實際運 行狀況，根據具體要求與設備系統(tǒng)連接，組成合理的布 局，做到對電壓的精準控制。

4、安科瑞分布式光伏運維云平臺介紹

4.1概述

AcrelCloud-1200分布式光伏運維云平臺通過監(jiān)測光伏站點的逆變器設備，氣象設備以及攝像頭設備、幫助用戶管理分散在各地的光伏站點。主要功能包括：站點監(jiān)測，逆變器監(jiān)測，發(fā)電統(tǒng)計，逆變器一次圖，操作日志，告警信息，環(huán)境監(jiān)測，設備檔案，運維管理，角色管理。用戶可通過WEB端以及APP端訪問平臺，及時掌握光伏發(fā)電效率和發(fā)電收益。

4.2應用場所

目前我國的兩種分布式應用場景分別是：廣大農村屋頂的戶用光伏和工商業(yè)企業(yè)屋頂光伏，這兩類分布式光伏電站今年都發(fā)展迅速。

4.3系統(tǒng)結構

在光伏變電站安裝逆變器、以及多功能電力計量儀表，通過網關將采集的數據上傳至服務器，并將數據進行集中存儲管理。用戶可以通過PC訪問平臺，及時獲取分布式光伏電站的運行情況以及各逆變器運行狀況。平臺整體結構如圖所示。

4.4系統(tǒng)功能

AcrelCloud-1200分布式光伏運維云平臺軟件采用B/S架構，任何具備權限的用戶都可以通過WEB瀏覽器根據權限范圍監(jiān)視分布在區(qū)域內各建筑的光伏電站的運行狀態(tài)（如電站地理分布、電站信息、逆變器狀態(tài)、發(fā)電功率曲線、是否并網、當前發(fā)電量、總發(fā)電量等信息）。

4.4.1光伏發(fā)電

4.4.1.1綜合看板

●顯示所有光伏電站的數量，裝機容量，實時發(fā)電功率。

●累計日、月、年發(fā)電量及發(fā)電收益。

●累計社會效益。

●柱狀圖展示月發(fā)電量

4.4.1.2電站狀態(tài)

●電站狀態(tài)展示當前光伏電站發(fā)電功率，補貼電價，峰值功率等基本參數。

●統(tǒng)計當前光伏電站的日、月、年發(fā)電量及發(fā)電收益。

●攝像頭實時監(jiān)測現場環(huán)境，并且接入輻照度、溫濕度、風速等環(huán)境參數。

●顯示當前光伏電站逆變器接入數量及基本參數。

4.4.1.3逆變器狀態(tài)

●逆變器基本參數顯示。

●日、月、年發(fā)電量及發(fā)電收益顯示。

●通過曲線圖顯示逆變器功率、環(huán)境輻照度曲線。

●直流側電壓電流查詢。

●交流電壓、電流、有功功率、頻率、功率因數查詢。

4.4.1.4電站發(fā)電統(tǒng)計

●展示所選電站的時、日、月、年發(fā)電量統(tǒng)計報表。

4.4.1.5逆變器發(fā)電統(tǒng)計

●展示所選逆變器的時、日、月、年發(fā)電量統(tǒng)計報表

4.4.1.6配電圖

●實時展示逆變器交、直流側的數據。

●展示當前逆變器接入組件數量。

●展示當前輻照度、溫濕度、風速等環(huán)境參數。

●展示逆變器型號及廠商。

4.4.1.7逆變器曲線分析

●展示交、直流側電壓、功率、輻照度、溫度曲線。

4.4.2事件記錄

●操作日志：用戶登錄情況查詢。

●短信日志：查詢短信推送時間、內容、發(fā)送結果、回復等。

●平臺運行日志：查看儀表、網關離線狀況。

●報警信息：將報警分進行分級處理，記錄報警內容，發(fā)生時間以及確認狀態(tài)。

4.4.3運行環(huán)境

●視頻監(jiān)控：通過安裝在現場的視頻攝像頭，可以實時監(jiān)視光伏站運行情況。對于有硬件條件的攝像頭，還支持錄像回放以及云臺控制功能。

4.5系統(tǒng)硬件配置

4.5.1交流220V并網

交流220V并網的光伏發(fā)電系統(tǒng)多用于居民屋頂光伏發(fā)電，裝機功率在8kW左右。

部分小型光伏電站為自發(fā)自用，余電不上網模式，這種類型的光伏電站需要安裝防逆流保護裝置，避免往電網輸送電能。光伏電站規(guī)模較小，而且比較分散，對于光伏電站的管理者來說，通過云平臺來管理此類光伏電站非常有必要，安科瑞在這類光伏電站提供的解決方案包括以下方面：

4.5.2交流380V并網

根據國家電網Q/GDW1480-2015《分布式電源接入電網技術規(guī)定》，8kW~400kW可380V并網，超出400kW的光伏電站視情況也可以采用多點380V并網，以當地電力部門的審批意見為準。這類分布式光伏多為工商業(yè)企業(yè)屋頂光伏，自發(fā)自用，余電上網。分布式光伏接入配電網前，應明確計量點，計量點設置除應考慮產權分界點外，還應考慮分布式電源出口與用戶自用電線路處。每個計量點均應裝設雙向電能計量裝置，其設備配置和技術要求符合DL/T448的相關規(guī)定，以及相關標準、規(guī)程要求。電能表采用智能電能表，技術性能應滿足國家電網公司關于智能電能表的相關標準。用于結算和考核的分布式電源計量裝置，應安裝采集設備，接入用電信息采集系統(tǒng)，實現用電信息的遠程自動采集。

光伏陣列接入組串式光伏逆變器，或者通過匯流箱接入逆變器，然后接入企業(yè)380V電網，實現自發(fā)自用，余電上網。在380V并網點前需要安裝計量電表用于計量光伏發(fā)電量，同時在企業(yè)電網和公共電網連接處也需要安裝雙向計量電表，用于計量企業(yè)上網電量，數據均應上傳供電部門用電信息采集系統(tǒng)，用于光伏發(fā)電補貼和上網電量結算。

部分光伏電站并網點需要監(jiān)測并網點電能質量，包括電源頻率、電源電壓的大小、電壓不平衡、電壓驟升/驟降/中斷、快速電壓變化、諧波/間諧波THD、閃變等，需要安裝單獨的電能質量監(jiān)測裝置。部分光伏電站為自發(fā)自用，余電不上網模式，這種類型的光伏電站需要安裝防逆流保護裝置，避免往電網輸送電能，系統(tǒng)圖如下。

這種并網模式單體光伏電站規(guī)模適中，可通過云平臺采用光伏發(fā)電數據和儲能系統(tǒng)運行數據，安科瑞在這類光伏電站提供的解決方案包括以下方面：

4.5.310kV或35kV并網

根據《國家能源局關于2019年風電、光伏發(fā)電項目建設有關事項通知》（國發(fā)新能〔2019〕49號），對于需要國家補貼的新建工商業(yè)分布式光伏發(fā)電項目，需要滿足單點并網裝機容量小于6兆瓦且為非戶用的要求，支持在符合電網運行安全技術要求的前提下，通過內部多點接入配電系統(tǒng)。

此類分布式光伏裝機容量一般比較大，需要通過升壓變壓器升壓后接入電網。由于裝機容量較大，可能對公共電網造成比較大的干擾，因此供電部門對于此規(guī)模的分布式光伏電站穩(wěn)控系統(tǒng)、電能質量以及和調度的通信要求都比較高。

光伏電站并網點需要監(jiān)測并網點電能質量，包括電源頻率、電源電壓的大小、電壓不平衡、電壓驟升/驟降/中斷、快速電壓變化、諧波/間諧波THD、閃變等，需要安裝單獨的電能質量監(jiān)測裝置。

上圖為一個1MW分布式光伏電站的示意圖，光伏陣列接入光伏匯流箱，經過直流柜匯流后接入集中式逆變器(直流柜根據情況可不設置)，最后經過升壓變壓器升壓至10kV或35kV后并入中壓電網。由于光伏電站裝機容量比較大，涉及到的保護和測控設備比較多，主要如下表：

5.結語

總而言之，分布式光伏發(fā)電在太陽能資源充足的區(qū)域 可以得到有效應用，而在技術運用與項目開發(fā)過程中，為 了保證光伏電網的質量安全，需要了解分布式光伏發(fā)電效 益的主要因素。通過合理改進技術方案，優(yōu)化孤島保護技 術和調壓技術，完善并網接入方案，增強光伏發(fā)電系統(tǒng)運 維管理，促進分布式光伏發(fā)電技術的應用。