基于平价上网的二类光资源地区智能光伏电站设计

基于平价上网的二类光资源 地区 智能光伏电站设计 华能陕西发电有限公司 交流人宋戈 郑清伟 华能陕西定边 60兆瓦风光 互补光伏电站项目，场址 位于陕西省定边县郝滩镇 伙草涧村境内，西距定边 县城约 70公里，东距靖边 县城约 50公里，位于国道 G20南侧约 9公里，国道 G307东南方向约 7公里，交 通便利。 项目简介 -位置 光伏电站场区平均海拔 1453- 1456米，地处北纬 37 24‘ 。 年 太阳总辐射量为 6093.9MJ/m2，属 于二类光资源地区 。 场地开阔， 为积水盐碱地，地面生长少量荒 草。工程采用 2回 35kV线路接入 光伏电站西北侧约 8km处华能陕 西定边郝滩风电场 110kV升压 站。 项目简介 -场地 项目于 2019年 5月 9日开工， 9月 27日并网发电，目前正在开展工 程收尾结算和达标创优工作。 项目简介 -相关信息 序号 主要标段名称 参建单位名称 1 勘察设计 中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司 2 工程监理 成都交大工程建设集团有限公司 3 主体工程施工（含平单轴、固定支架 ） 河南第二建筑集团公司 4 逆变器 PLC电力载波通讯、 4G无线通 信、 AI并网算法、智能 IV诊断、大数 据营维云中心 华为 5 空地一体智慧运维系统 北京金鸿泰科技有限公司 6 组件供货 东方环晟光伏 江苏 有限公司 7 逆变器供货 华为 8 设备监造、调试 西安热工研究院 静 态 投 资 3.29亿 元， 铭 牌 单 位投 资 5483元 /千瓦， 实际 容量（不含 组 件背面容量） 单 位投 资 4853元 /千瓦。 工程要点总结 9612 提升发电量 9条措施 适当容配比 （ 1.131） 、高效 单 晶叠 瓦双面双玻 组 件、 1500V系 统 、最大化提高直流 侧电压 （每串增加 2块组 件）、 50方 阵 采用 平 单 轴 自 动 跟踪支架 、 组 串逆 变 器 、 减少失配（横四、一字接 线 ）、 部分 方 阵 自 动 清 扫 （尾工 项 目）、部分方 阵 下 发 敷 设 反光膜（策划中）。 智能化 6项设计 逆 变 器 PLC电 力 载 波通 讯 、 4G无 线 通信 、 AI并网算法 、 智能 IV诊 断、 大 数据 营维 云中心、空地一体智慧运 维 。 1个目的 满 足 平价 上网 收益要求， 树 立二 类 光照 资 源地区光伏平价上网 示范 先例。 （初步 评 估，目前已具 备 0.3345元 /千瓦平价上网能力，具体数据 正在收集） 2项持续开展工作 完成集 团 公司科技 项 目； 项 目施工工 艺 非常好，正在 创 行 业优质 工程 奖 ，力争国家 优质 工程 奖 。 华 能集 团 -打造 技 术 先 进 、 转换 效率高的国内首个二 类 光 资 源区平价上网光伏 项 目 华能集团 -华能科技函 〔 2019〕 595号文件 -“ 定边光伏先进设备及新技术的实证研究 ” 项目简介 -高标准工艺 提升发电量措施 -适当提高组件与逆变器容配比，本工程 1.131（不含背面） 发电 量 PR 组 件 问 题 逆 变 系 统问 题 电 气 连 接 问题 . . . 理 论 实际 80-85 问题 大部分 光伏装机容量 “虚胖 ”、 “大 马 拉小 车 ”， 实际 效率 80-85。 措施 政策允 许 范 围 内， 组 件适当超装，提高 发电 量，降低 单 位投 资 ，提高收益，降低度 电 成本。 实 施 初步 设计阶 段，依据工程 现 状， 对组 件超配 进 行 经济 指 标测 算，确定合适超配容量。 光伏 发电 站 设计规 范 （ 修 订 中）要求不高于 1.8。 发电 能力 远 小于 实际 装机容量 提升发电量措施 -适当提高组件与逆变器容配比，本工程 1.131（不含背面） 受光照条件、组件衰减、灰尘遮挡、线路损耗等影响，光伏电站基本 达不到满发，尤其是在辐射水平较低的地区，如果按照 11配置组件和逆 变器，会造成逆变器的浪费。 青海海西州乌兰地区某 45MW电站，在 5月 某天晴天条件下输出功率曲线，在 13点时输出功率达到该月最大约 43MW，为装机容量 的 95.5，发生在下午 1300。 也就是 说 ，即使在我国 资 源条件最好的地区 ，若不超配，光伏 电 站 发电 峰 值 也 仅仅 是 达到 铭 牌容量。 本工程 组 件超配 1.13，加上背面 约 10增益， 实际 超配 约 1.24。 提升发电量措施 -双面双玻组件 双面 发电 就是使光伏 电 池正反两面都具有吸收光能的能力并 发电 。目前主流的 设 备 厂家都能制造双面双玻 组 件。 1. 使用寿命可达 30年， 高于普通 组 件 5-10年 ； 2. 衰减比例低， 较 常 规 低 0.2/年； 3. 每年至少多 10（ 陕 北荒地）的 发 电 收益； 4. 高 载 荷、耐冲 击 、低 隐 裂 风险 ； 5. 性能 稳 定，耐候 优 越，抗老化； 6. 融雪能力 强 ，提前 发电 ； 7. 无 边 框 设计 ，减少 积 灰，易清洗。 更高收益， 竞 价、平价 光伏主要手 段之一 已 经 成 为 一 张 国家名片，极具 竞 争力。 提升发电量措施 -叠瓦组件 隐 裂主要集中于 焊带 及 电 池片 边缘进 行 扩 散。 电 流沿着 电 池片主 栅 线导 通，防止裂 缝传 播。 短 电 池 长 度， 1英寸， 限制裂 缝扩 散，减少 隐 裂区域。 通 过导电 胶 连 接，形 成一个 “网 ”状，保 证 电 流 导 通。 叠瓦 组 件，是将每一 块电 池片沿着垂直副 栅线 的方向，切分成六个大小相等的 长 条片，然后将每 一小 块电 池条 进 行叠 铺 ，中 间 使用 导电 胶 进 行粘 连 ， 类 似于房屋瓦片排列，故称 为 “叠瓦 组 件 ”。 特点 使用 导电 胶 进 行 电 池 间连 接，降低了每片 电 池的 电 流。采用并 联电 路 设计 ，降低 组 件内部 电 阻，提升 组 件 输 出功率。使用无主 栅电 池 设计 ，提升 组 件 输 出功率及 发电 量。 提升发电量措施 -叠瓦组件并联电路设计 叠瓦 组 件 6串并 联电 路 结 构 设计 局部遮 挡 下 电 流更好再分配 抗阴影遮 挡 能力更 强 6串并 联设计 数据来源 IHS Markit 提升发电量措施 -1500V系统 双面组件 “ 平价上网 ” 1500V光伏系统成为首选方案 1500V逆变器份额预测（海外） 双面组件市场份额不断提升 成为主流 数据来源 Bloomberg New Energy Finance 中国第三批应用领跑者 组件应用统计 双面发电组 件 的得标量约为 2.65GW，占总应用规模 532.35GW 1.8GW 0.85GW 99.9 动态 MPPT效率 99.8 MPPT效率 更 高 工作 时间 更 长 ， 发电 量 更 高 更早启 动 更晚关机 提升发电量措施 -双面组件专用 1500V单机 175kW组串逆变器 专业逆变器 与常规集中式逆变器仿真对比，系统效率提高 3.2 提升发电量措施 -提高直流侧电压（每串尽可能多接入组件） 保 证 安全前提下，可以突破 光伏 发电 站 设计规 范 （ GB50797-2012）要求 ，每串尽可能多地接入 组 件 。 一般 可以 多接 2块 ，部分地区可以多接 4块 甚至更 多。 光伏 发电 站 设计规 范关于每串接入 组 件数量 计 算要求如下 每串多接入 组 件，能 让组 件工作 电压 更接近逆 变 器最佳工作 电压 ，从而提 高逆 变 器的 转换 效率。 1. 光照 强 度 较 强 时 ， 环 境温 度 较 高； 环 境温度 较 低 时 ，光照 强 度 较 弱； 2. 规 范 计 算方法是基于各种 极 值 工况同 时 出 现 ， 现实 中各种极限工况不会同 时 出 现 ； 3. 具体需要 设计 院 进 行仿真 模 拟 ， 结 合当地 类 似 电 站 经验 数据，并 经过 逆 变 器、 组 件厂家确 认 后得出 结论 。 至少可以多 接入 2块 本工程每串多接入 2块组 件，提高系 统 效率 约 0.3 提升发电量措施 -固定支架横四排布，一字接线 应对组 件高度不一 导 致的不一致性 损 失 固定支架采用 组 件横向（适合于大部分 组 件，半片 组 件需要 竖 2安装）一字形接 线 ，同 时 将同一高度的 组 件接入一串。 提升发电量措施 -50方阵采用平单轴自动跟踪支架 夏季，自 动 跟踪 发电 能 力 远 高于固定式，且具 有明 显 的 “削峰 ”能力 冬季，由于本工程 纬 度 较 高原因，自 动 跟踪 发 电 能力略低于固定式。 智能光伏设计 -智能光伏架构图 智能化 标 准减少人 的介入。 智能化要求一体化 集中管理 智能运 营 。 信息化 、 自 动 化 是关 键 。 智能光伏设计 -逆变器 PLC电力载波通讯技术 常 规 RS485通 讯 在光伏 电 站存在 问题 数据不精确、故障率高、通 讯线 路遭受 强 电 干 扰 等 。 逆 变 器 PLC电 力 载 波通 讯 技 术 最大 传输 速率高达 115.2kbps， 传输 距离可 长 达 1000m。 节 省客 户 在通 讯线缆 和施工上的投 资 ，大大提升了 电 站的通 讯 可靠性和可 维护 性。 智能光伏设计 -4G无线通信 传统 光 纤环 网 在光伏 电 站存在 问题 部署复 杂 、 维护 困 难 、信息 传输 速率慢、 丢 包 现 象 严 重等 。 快速部署 单站最大可覆盖范围 10公里，每 基站（三扇区）可提供 60M bits/s 带宽，无需挖沟埋光缆。 低时延，高安全 LTE无线端到端传输时延 50ms ，电信级设备安全可靠率达到 99.999。 维护简单 整体网络更扁平化，简单化。方 便操作和维护； 通道可维护，减少因设备故障造 成的通信中断时间。 智能光伏设计 -阻抗重塑的 AI并网算法 ，应对复杂电网环境 随着定 边 新能源装机比例增加，并网 稳 定性成 为 重大挑 战 。本工程引入阻抗重塑的 AI自学 习 并网算法 ，融合 动态 阻尼适配 、 主 动谐 波抑制等并网算法，通 过 AI自学 习动态 地 调 整 电 站本身的 电 气特性来匹 配 电 网，保障在 恶 劣 电 网情况下 稳 定运行不脱网，从适 应电 网 转 向支撑 电 网。 印度 100MW智能光伏电站，在弱电网情况下稳定并 网 宁夏 750MW智能光伏 电站， 1万台 逆变器 稳定 运行 大数据智能学习，适应复杂电网场景 建立精准不同 类型 并网场景、电站设计、电网运行工作点 的数学模型，利用大 数据训练最优并网控制 算法 普通工况电网普通工况电网 钢厂、电气化铁道的电网钢厂、电气化铁道的电网 弱电弱电 网网 长距离传输电网长距离传输电网 混合混合 电网电网 智能光伏设计 -智能 IV诊断 项目地址 山西 阳泉市 采煤 沉陷 区 项目规模 50MW 组件数量 168436块 占地面积 约 1700亩 并网时间 2017年 7月 29日 诊断组串 3960串 故障组串 188串 组 串故障率 4.7 主要故障类型与故障定位 电流失配（ 前后排遮挡 ） 、 组串开路（ 接入路数 少） 项目地址 陕西省榆林市 诊断 组 串数量 3102 故障组串数量 52 组串故障率 1.676 组件玻璃碎裂 组件玻璃碎裂 阴影遮挡 组件二极管短路 异物遮挡 组件热斑 组串电压 异常 73.58 组件电流输出 异常 18.87 组串最大功率点附近曲线 异常 7.55 人工复检 100检测准确率 光伏 电 站故障依靠人工巡 检 及分析 难 度非 常大，效率低下，故障 发现 不及 时 。 智能 IV诊 断已 经 成熟大 规 模 应 用，准确、 可靠、高效、及 时 。 光伏 电 站主要故障分 类 智能光伏设计 -智能 IV诊断 对 比 项 传统 IV测试仪 智能 IV诊 断 优势 扫 描便捷性 需要拆装 组 件或其接 线 端子 无需拆装 组 件或其接 线 端子 便捷 扫 描一致性 一次只能 扫 描一串 组 串， 环 境 变 化 导 致 组 串间对 比存在不确定性 一致性好， 组 串 间对 比准确性高 可信 扫 描全面性 抽 检 ，目的性不 强 ，漏 检 率高 全 电 站 扫 描，无 遗 漏 完整 扫 描 实 用性 专业 人 员现场 操作，操作 难 度及工作量大 一 键 式 远 程操作，无需上站 检测 简单 数据分析 人工 统计 、分析 IV曲 线 数据效率低下 自 动 分析 IV曲 线 、 识别 故障 组 串自 动 生成 诊 断 报 告 自 动 发电 量 损 失 100MW的 电 站，抽 检 15发电 量 损 失超过 1000kWh 无 无 损 巡 检时间 100MW的 电 站，耗 时 小半年 十分 钟 左右 快速 组 件衰减 评 估 无法 实现 在 线评 估，数据准确，自 动 生成 报 告，长 期存档。 在 线 智能光伏设计 -高效的大数据营维云中心 大数据 营维 云中心 ， 实现 生 产 、人 员 、 资产 和数据四个 维 度的全方位管理 。 总 部 专 家和 电 站 现场 运 维 人 员协 同工作。 通 过营维 分析系 统 和集 团专 家 资 源集中配置， 实现 了整个光伏 电 站由被 动 运 维 向主 动营维 的 转变 。