2016-CPVC16：限功率运性条件下PR值的计算

限功率运 行 条件下 PR值的计算 王斯成 国家发改委能源研究所 第 16届 CPVC-2016 光伏系统及平衡部件 （第 5分会场） 1、研究背景 PR（能效比）是一个光伏系统评价质量的关键指标，其定义在 IEC61724 中给 出 PRYf/Yr Eout / P0/ Hi / Gi,ref Yf 光伏产出（ Yield）国内的定义是“等效利用小时数”，即以额定功率在特 定 时 段（一般为 1年）的发电小时数 （ h） ， 数学表达式 Eout / P0 Eout光伏系统特定 时 段内的发电量 （ kWh） ； P0光伏系统的额定功率（组 件额定功率之和 ，单位 kW）。 Yr 光伏方阵面特定 时 段的峰值日照时数（ h）， 即折算成峰值日照条件下的 日照时数。 数学表达式 Hi / Gi,ref Hi光伏方阵面上特定时段内接收到的辐射量（ kWh/m2）； Gi,ref定义 P0的参考光强（ 1kW/m2） PR还可以写成 PR Eout / （ P0 x Hi / Gi,ref ） 分子是 特定时段内光伏系统的发电量（ kWh），分母为效率为 100时该时段的 理论发电量（ kWh）。由此可见， PR实际上就是光伏系统特定时段的能量效 率，因此，将 PR翻译成“能量效率”或“能效比”是比较贴切的（英文 Performance Ratio的直译为“性能 比”）。 早些年，光伏 -逆变器容量比一般采用 1 1，逆变器没有限功率运行的情况，上 述 PR 值得计算公式没有问题； 近年来，直流侧光伏功率扩装已经成为提高光伏 电站收益，降低 LCOE（ levelized cost of electricity 归一化度电成本）的有效手段， 扩装比例一般在 20-40左右。 光伏扩装又被称之为光伏 /逆变器容量比，已经 被写入 IEC62738，定义为 PVIR（ PV Power and Inverter Power Ratio）。 当光伏系统采用了扩装，在辐照度达到或接近标准日照（ 1000W/m2）时，就有 可能出现“限功率运行”状态，即光伏输入功率已经超过逆变器的额定功率，而 逆变器不允许超功率运行，于是转变为限定在额定功率状态运行。 此种运行情况 下，一部分太阳辐射量和一部分光伏功率被“限”掉了，对发电量没有贡献，再 采用上面计算 PR值的公式就不成立了 。 PR值是评估光伏发电系统质量的重要参数，是其它评价参数无法替代的，因此， 非常有必要建立限功率运行（ Constrained Operation）情况下 PR值的计算公式。 2、限功率情况下 PR值的计算方法 “限功率运行”是针对逆变器来说的，由于光伏扩装，当光强较强时，逆变器 已经达到额定输出功率，此时如果不限功率，逆变器就会超功率运行，带来隐 患，因此，逆变器将自动偏离光伏阵列的最大功率点，以保 证逆变器的输出功 率保持在额定功率，此时的工作状态就是“限功率运行”状态。逆变器的限功 率运行时段是自动记录的，这就为计算限功率运行条件下光伏系统的 PR值提供 了便利。 这一点非常重要，逆变器每一次限功率运行的起始和终止时间一定要 自动记录，否则具有“限功率运行”光伏系统的 PR值将无法计算。 计算“限功率运行”系统的 PR值可以分为 2种情况 1） 基于光伏系统的 PR计算 只考虑 整个系统 正常运行，即非限功率运行 时段 ，的情况 限功率运行时段 的定义 每天从任何一台逆变器开始限功率运行开始到所有逆 变器都退出限功率运行状态的时间段。其它发电时段则为正常运行时段。 ⑴ 准确统计光伏电站的光伏组件功率之和 P0，精确到 0.1瓦。 ⑵ 将运行期间（一般为一年）中每一天的限功率运行时段确定下来，既每天从 任何一台逆变器开始限功率运行开始到所有逆变器都退出限功率运行状态的时 间段。 ⑶ 正常运行时段的日发电量 总日发电量 -每日 限功率运行时段发电量 En,out En,out – En,cons（发电量在光伏电站的并网计量点计量） 全年正常运行时段 实际 发电量 Erea ∑ 𝐸𝑛,𝑜𝑢𝑡3651 ，即计算出全年每一天全年正 常运行时段发电量，然后加和即可。 ⑷ 正常运行时段的理论日发电量 总理论日发电量 - 限功率运行时段的理论 发电量 a 求出 每日 正常运行时段的峰值日照时数 Yr,n Yr – Yr,c Yr,n 每天 正常运行时段的峰值日照时数 Yr 每天 总峰值日照时数，数学表达式 Hi / Gi,ref Yr,c 每天 限功率运行时段的峰值日照时数， 数学表达 式 Hi,c/Gi,ref Hi,c限功率运行时段方阵面接收到的总 辐射量； b 正常运行时段的理论日发电量 En,th P0 x Yr,n c 全年正常运行时段的理论 发电量 Eth ∑ P0x Yr,n3651 d 有限功率运行情况的光伏系统“能效比”计算 PRn Erea/Eth ∑ 𝐸𝑛,𝑜𝑢𝑡3651 /∑ P0x Yr,n3651 PRn正常运行时段的 PR值，一般该时段占总时段的 80以上，因此基本 可以代表整个系统在该特定时段的“能效比”（能量效率）。 2） 基于逆变器的 PR计算 考虑所有正常运行逆变器和所有正常运行时段的“能效比”。 如果将任何一台逆变器开始限功率运行即算作整个系统开始限功率运行 ，所有 逆变器均退出限功率运行后才算作正常运行，则整个限功率运行时段中会包含 正常运行的逆变器，对于有限功率运行的逆变器来说， 在此期间 也存在正常运 行时段。因此，如果 希望 仅仅排除掉所有逆变器的限功率运行时段，而包含所 有正常运行时段的话，则应当基于每台逆变器来计算系统的“能效比”。 由于 此种情况下发电量在逆变器出口处计量，折算成电站并网点的发电量时需要考 虑变压器的效率和交流线损。 ⑴ 只需要按照上述方法统计每台逆变器每天的限功率运行时段的输出电量以及 该时段的峰值日照时数 。 ⑵ 精确统计每台逆变器对应 的光伏组件功率之和 Pi，精确到 0.1瓦。 ⑶ 按照上述方法计算每台逆变器每日和整个运行期间正常运行时段的输出电量 以及每日和整个运行期间正常运行时段的峰值日照时数，即可求出每台逆变器 以及整个系统 运行期间（一般为一年）的 实际 发电量和理论发电量 a） 某台逆变器 正常运行时段的日发电量 该时段总 发电量 -限功率运行时段 发电量 ei,out ei,n,out – ei,n,cons（发电量在 该逆变器的输出端 计量） 该逆变器 全年正常运行时段发电量 ei,real ∑ 𝑒𝑖,𝑜𝑢𝑡3651 ，即计算出全年 该逆变 器 每一天全年正常运行时段发电量，然后加和 得到该逆变器的全年正常运行时 段的实际发电量 。 将所有逆变器 全年 正常运行发电量加和，即得到 整个 系统 全 年正常运行 实际 发电量 Erea ∑ 𝐸𝑖,𝑟𝑒𝑎𝑙𝑛1 x 0.98 公式中 n是逆变器的台数， 0.98则是变压器效率和交流线损系数（即折算到系统 并网点的实际发电量）。 b） 求出 每台逆变器 每日 正常运行时段的峰值日照时数 yi,real Yi,n,t – Yi,n,c yi,real 某台逆变器每天 正常运行时段的峰值日照时数 Yi,n,t 每天 总峰值日照时数 Yi,n,c 某台逆变器每日限功率运行时段的峰值日照时数 c）某台逆变器 正常运行时段的理论日发电量 Pi x Yi,real d）某台逆变器 全年正常运行时段的理论日发电量 ei,th ∑ Pi x Yi,real3651 e）整个系统 （所有逆变器） 全年正常运行时段理论发电量 Eth ∑ ei,thn1 （公式中 n是逆变器的台数） 有限功率运行情况的光伏系统 基于逆变器的 “能效比”计算 PRn Erea/Eth ∑ 𝐸𝑖,𝑟𝑒𝑎𝑙𝑛1 x 0.98 / ∑ ei,thn1 3、结论 如果逆变器能够自动记录运行期间每一天的限功率运行时段，则限功率运行情 况下的 PR值也可以准确计算，这对于评估有限功率运行情况光伏电站的质量十 分重要。