并网光伏电站性能质量问题分析及保障

并网光伏电站性能质量问题分析及保障,甘肃省水利水电勘测设计研究院 总工程师：孙江河 2015.8.19,影响光伏电站性能质量的关键因素分析,光伏电站性能质量现状与评判标准,目 录,1,2,3,提高光伏电站性能质量的关键措施,,光伏电站性能质量问题现状,,组件质量参差不齐，隐裂、PID等造成组件性能不高 劣质汇流箱故障率高，常常造成严重后果 逆变器关键器件鱼龙混杂，故障频发，发电量损失严重,施工是造成电站质量问题的重要来源，不专业、监管不力、审查不严等 设计的不合理也给光伏电站带来质量问题，包括电气连接设计、组串配置设计等,运维人员专业素养不高，误操作 监控故障频发，监控后台问题多,,同一地区不同电站，因性能质量不同导致发电量差异很大,2014年10月并网,2014年全年，A电站比B电站单位年发电量高3.79%，且由于A电站比B电站早并网1年，若考虑到组件的首年衰减率（通常按照2%计算），A电站比B电站年平均单位发电量高5.79%！,发电量情况,,光伏电站性能质量综合评判标准：系统综合能效比（PR）,光伏电站性能指数：Performance Ratio（PR）,公式分析： ①PR排除了太阳能资源的差异。②PR没有排除温度的差异。 PR值是输入、输出综合计算的结果，能够公平客观地评判光伏电站系统的建设和运营水平。,PR的影响因素： （1）过程损耗：组件衰降、遮挡情况、光反射损失、MPPT误差、故障情况和运行维护水平等 （2）节点损耗：组件串并联损失，逆变器、变压器等关键设备的效率损失，温升损失、线路损失 （3）可控损耗：主要是设计、建设、运维这些环节的操作质量，直接影响系统的PR值。,,PR是影响电站收益的重要因素,,LCOE,=,生命周期的总成本,生命周期的总发电量,初始投资总成本 + 运维总成本 – 系统残值,生命周期预计总发电量 * （1-总衰减率 ）,=,,,,,提高系统总发电量,提高平均发电效率（PR） （环境影响：灰尘 朝向 遮挡 设备选型：逆变器 组件 系统设计：优化布局 减少失配） 其它因素 （电网接入风险 设备可靠性 ）,降低系统总成本 降低初始投资成本 （设备成本 系统其它成本） 降低后期运维成本 （设备可靠性 设备数量 设备成本 智能运维）,,电站设计的基本原则：围绕最低化度电成本（LCOE）,,,光伏电站性能与质量评估方法,影响光伏电站性能质量的关键因素分析,光伏电站性能质量现状与评判标准,目 录,1,2,3,提高光伏电站性能质量的关键措施,影响光伏电站质量的关键因素分析,,PR80%,影响电站质量的主要因素,,,光伏组件常见品质问题,组件碎裂,焊锡堆积,密封材料失效,组件内有异物,组件划痕,断栅,硅胶未固化,色差,,光伏组件常见品质问题：PID衰减,,逆变器品质：不同的拓扑设计影响逆变器的稳定运行,模块并联设计,,,,举例：采用两个250kW模块并联，每个250kW模块由3*3个450A的IGBT组成，并联方案易导致如环流、电流不平衡等故障，且系统转换效率低,,,逆变器品质：不同IGBT的选型对于逆变器的可靠性影响较大,S1厂家：IGBT选型方案,S2厂家：IGBT选型方案,FF1400：英飞凌第四代IGBT,P4芯片，关断特性更好，可靠性更高,FF450：E4芯片，关断特性较硬,白模块故障率偏高,PrimePack封装，内部采用叠层母线设计,EconoDual封装，采用铜质绑定线,爬电距离、电气间隙相对较低,高爬电距离、高电气间隙，寄生电感低,,逆变器品质：白模块故障率高， IGBT现场损坏,,逆变器品质：产品工艺参差不齐,A厂家逆变器内部工艺,B厂家逆变器内部工艺,,逆变器品质：不同的散热系统设计,风机个数：8台，风扇多，可靠性降低 风道设计：前面进风、侧面出风，散热效 率低，机柜底部风扇散热为垂直风道，与 模块散热的水平风道会出现串扰,A厂家500kW散热方案,B厂家500kW散热方案,风机个数：2台 风道设计：垂直风道，符合空气对流原理，散 热效率高；风机工作于冷风区，风机寿命长,,逆变器品质：不同散热方式导致逆变器关键部件温升差异,根据电子器件寿命10度法则： 温度每升高10℃，器件寿命将减少一半,内部环境温度高12-15℃,交流滤波电容高21.7℃,滤波电抗器高21.4℃,直流母线电容高17.6℃,三相IGBT模块高27℃；,,实际测试结果显示，同样的45℃环境温度下：,测试点,,逆变器品质：散热差导致逆变器高温时降额运行,2015年7月17日，从上午11：37分至13：36分出现降额运行 数据来源：电站监控系统记录,宁夏某电站， 由于逆变器散热差，在夏天中午11点至14点间出现大范围降额现象，降额导致发电损失占年发电量约1%,,,逆变器品质：电网友好性是电站安全质量的重要影响因素,,高低电压穿越要求,,逆变器品质：逆变器的可维护性差异,功率模块抽屉式设计，方便维护,模块更换仅需30分钟,分立式设计，模块的安装工艺要求较高,,且安装费时，维护困难，对维护人员的 专业性要求很高，维护时间3小时,核心部件更换及维护,A厂家,B厂家,,设计方案：不同的地形会导致系统线缆损耗相差很大,I类地形：规则方形区域，,III类地形：类似梯形，,II类地形：长条不规则,,设计方案：同容量子阵不同的布局，系统线缆损耗相差较大,道路设计、箱变的位置、以及线缆的敷设等设计，会导致系统线缆损耗差别很大，影响系统发电量,,设计方案：设计时未充分考虑到遮挡问题,各种类型遮挡问题，给电站带来发电量损失，影响电站质量,,施工管理：粗糙施工带来严重质量问题,,不规范操作,不规范操作,组件乱置,二次运输不 规范,,施工管理：粗糙施工带来严重质量问题,插头虚接,接线未紧固,支架底座缺陷,螺丝未紧固,极性反接,接线松动,,运维管理不及时对电站质量的影响,长满草还无人处理,长期未清洗,绝缘损坏无人更换,接地断裂没有及时处理,油枕漏油无法发现,,运维管理常见的其他问题,影响光伏电站性能质量的关键因素分析,光伏电站性能质量现状与评判标准,目 录,1,2,3,提高光伏电站性能质量的关键措施,,提高光伏电站质量的关键措施,关键措施,精细化施工 严格管控,选取 高品质部件,,选择优质组件,组件常见的质量问题有：一致性差、过度衰减、报废等,,选择认证齐全、质量报告较优的厂家,保证组件 优质,选择资质好、专业强的企业，施工前抽检组件、 培训施工人员，整个过程现场监造,防止运输、转运过程的装卸造成组件损坏,关注组件的“非关键部件” ，比如背板材料、 玻璃、边框等,保证生产质量、出厂检测,,逆变器选型，关注关键品质因素,可靠性高的逆变器,转换效率高的逆变器,,减小系统损耗，提高系统能效（PR）,,系统故障率低，提高系统能效（PR）,过载能力强的逆变器,,可进行超配，提高系统发电量和系统能效（PR）,高、低温运行能力强的逆变器,热设计高效、智能的逆变器,集成度高的逆变器,,适应西北的极端天气，提高系统能效（PR）,,器件寿命长，提高系统可靠性和系统能效（PR）,,故障快速定位，易于运维和提高系统能效（PR）,,评估光伏电站地形，选择合适的逆变器方案,场地的类型不同,,因地制宜选择不同的建设方案和逆变器方案,,多风地区组件、支架设计考虑强风,潮湿多云天气对组件多重影响,精细化设计：准确评估光伏电站环境因素和极限情况,茂盛植被的影响：遮挡及冬季火灾,早晚远处山峰对组件的遮挡,,精细化设计：合理的子阵设计及布局,箱变位置、线缆敷设路径：影响到系统直流侧的整体损耗和系统电缆的成本！,√,,精细化设计：合理设计阵列间距,阵列间距设计原则：当地冬至日真太阳时09:00-15:00的6小时内前后阵列互不遮挡的最小距离，在土地资源较为丰富地区，可需综合考虑土地价格和地面平整因素，适当增长前后组件互不遮挡的小时数！,,,,精细化施工，严格的监管流程,关键生产设备的和测试设备的记录,采购和进货检验：关键元器件/部件核查,产品的例行检验和确认检验，必要时进行抽样检测,检验、试验等仪器设备的校准,监管成品的包装、搬运和储存,1,2,3,4,5,加强生产过程的日常监造事项,,精细化施工，严格的监管流程,保证支架的实际倾角 与设计在误差范围内,严防现场随意改变线路的 配置及走线方式,严防各厂家、各型号组件 在同一子阵中混用,监管各设备的接地方式 、接地线径与设计一致,防止线缆的弯折 超过其允许范围,防止单根线缆用的密封套 中装入多根线缆,不合适的卷线（在有闪电的 情况下，会产生感应电压）,严格控制扎带的 松紧程度,其它……,,关键设备质量监造：产品抽样应融入到监造的各个环节,,智能化运维：基于大数据平台的智能化运维系统,,基于大数据平台的智能分析，实时监控系统PR等关键指标,系统效率的实时监控分析,显著损耗的计算分析,对显著影响因子，制定合理的维护方案，提高电站的系统效率,关键监测指标优化和细化分析,不同工况下系统效率的统计分析,纵横对比，分析系统效率的规律和影响因子,反馈到设计阶段，提出优化性措施以提高系统效率,大数据平台分析,,智能化运维：实时监测每个组串的运行状态,实时检测：实时采样每个组串的电压、电流信号，并将数据上传至后台监控管理系统，用于进一步分析处理 智能分析：通过不同组串之间发电数据对比、与当前辐照度下理论发电量数据及历史数据对比，确定运行是否正常，是否需要清洗、组件衰减 故障定位：快速定位到故障组串的位置，缩短故障排查时间，减少发电量损失,集中式方案通过智能汇流箱实现组串检测,组串式逆变器本身具备组串检测功能,,精确的故障定位，快速发现故障点，高效运维,谢谢！,