光伏電站建設(shè)與維護

論文題目：光伏電站建設(shè)與維護摘要針對光伏電站設(shè)備類型多、數(shù)據(jù)采集量大、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜、運維效率較低等技術(shù)難題，完成了基于大數(shù)據(jù)平臺的光伏電站智能運維系統(tǒng)開發(fā)。該系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)包括了邏輯架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、數(shù)據(jù)存儲、基礎(chǔ)功能、應(yīng)用功能等內(nèi)容，并應(yīng)用于華北某30MW光伏電站，電站由于建設(shè)質(zhì)量及運維水平不高，發(fā)電效率低于同地區(qū)同類型電站，光伏電站智能運維分析系統(tǒng)于2017年6月起在該電站試運行后，通過選取同類典型日進行發(fā)電量效率對比，發(fā)電效率提升0.5%-1.5%。針對于此，對于光伏發(fā)電站的維護是至關(guān)重要的，所以對于該課題進行了相關(guān)的研究，以期通過本文的研究的成果能夠有助于對于光伏電站的建設(shè)以及維護。關(guān)鍵詞：光伏；電站；建設(shè)；維護論文類型：理論研究目錄TOC\o"1-3"\h\u1引言 11.1研究背景 11.2研究意義 12光伏發(fā)電現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢 22.1國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 22.2國外發(fā)展現(xiàn)狀 32.3未來發(fā)展趨勢 43光伏電站建設(shè) 53.1光伏電站建設(shè)流程分析 53.2混凝土基礎(chǔ)建設(shè) 53.3項目組件安裝 63.4電氣施工 63.4.1電氣施工流程 63.4.2電氣施工要點 74光伏電站維護存在的問題以及建議 84.1光伏電站維護存在的問題 84.1.1故障檢測不完善 84.1.2故障分析不完善 84.1.3運行維護工作不夠?qū)I(yè) 94.2光伏電站維護要點 94.2.1巡檢工作要點 94.2.2記錄工作要點 94.2.3組件運行維護工作的要點 9致謝 11參考文獻 121引言 研究背景 黨的十九大報告提出推進能源生產(chǎn)和消費革命，構(gòu)建清潔低碳、安全高效能源體系，建設(shè)美麗中國的總體戰(zhàn)略部署。中央經(jīng)濟工作會議再次強調(diào)推進生態(tài)文明建設(shè)，加快調(diào)整能源結(jié)構(gòu)。我國新能源發(fā)展處于重要的戰(zhàn)略機遇期，相關(guān)行業(yè)產(chǎn)業(yè)積極貫徹“四個革命、一個合作”能源戰(zhàn)略，認(rèn)真落實國家各項要求，推動新能源更高質(zhì)量、更加可持續(xù)發(fā)展。近年來我國新能源發(fā)展取得顯著成就。2017年，我國新能源裝機規(guī)模不斷擴大，并網(wǎng)容量2.93億千瓦;光伏發(fā)電成為電源增長的主力，新增裝機容量首次超過火電，累計裝機容量突破1億千瓦。截至2017年底，我國太陽能發(fā)電累計裝機容量13025萬千瓦，同比增長69%;新增裝機容量5306萬千瓦，同比增長54%。分布式光伏爆發(fā)式增長。截至2017年底，我國分布式光伏發(fā)電累計裝機容量2966萬千瓦，同比增長190%;新增裝機容量1944萬千瓦，同比增長3.7倍。隨著光伏電站的建設(shè)規(guī)模和數(shù)量逐年增加，光伏電站的建設(shè)質(zhì)量問題、安全問題頻頻爆發(fā)，越來越多的光伏電站面臨運維難題，設(shè)計缺陷、設(shè)備質(zhì)量缺陷、施工不規(guī)范等問題，給光伏電站的運營、維護帶來了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。光伏電站運營效率和管理質(zhì)量將直接影響光伏電站的運行穩(wěn)定性及發(fā)電量，對于正處于強勁增長階段的國內(nèi)光伏產(chǎn)業(yè)來說，光伏電站的運營維護就顯得尤為重要和迫切。研究意義隨著光伏電站的建設(shè)規(guī)模和數(shù)量逐年增加，越來越多的光伏電站面臨運維難題?，F(xiàn)有的光伏電站運維系統(tǒng)可以對部分設(shè)備問題進行分析，但由于數(shù)據(jù)處理能力難以滿足光伏電站大量運行數(shù)據(jù)采集處理要求，無法對光伏電站運行狀態(tài)進行全面綜合評估，同時在故障時難以正確識別和處理故障信息，從而無法優(yōu)化提升光伏電站發(fā)電效率。通過對于本文的研究能夠有效的提高光伏發(fā)電站的建設(shè)和維護，對于我國光伏發(fā)電站的維護提供一定的理論上的借鑒。 2光伏發(fā)電現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢2.1國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀國內(nèi)開展光伏電站建設(shè)以及維護的研究及應(yīng)用相對比較晚，但是近幾年有了較大的發(fā)展，比較典型的案例包括:（1）上海淘科公司光伏運維系統(tǒng)。淘科公司通過其核心產(chǎn)品TAOKE一Web系統(tǒng)(對外發(fā)布稱為綠色電力網(wǎng))為用戶提供Web方式遠程瀏覽電站運行信息服務(wù)。淘科公司通過將逆變器、氣象站、電表數(shù)據(jù)通過安裝于光伏發(fā)電系統(tǒng)現(xiàn)場的光伏數(shù)據(jù)采集器進行采集，接入綠色電力網(wǎng)。用戶通過登錄相關(guān)網(wǎng)址就可以方便的觀察電站運行狀況、瀏覽數(shù)據(jù)、查看報表、實時報警并進行數(shù)據(jù)分析。TAOKE一Web系統(tǒng)的功能包括基本功能、數(shù)據(jù)采集、報表、分析及多媒體瀏覽。接入到淘科公司光伏發(fā)電遠程監(jiān)控平臺為僅限于購買淘科公司光伏數(shù)據(jù)采集器的光伏電站，主要是規(guī)模較小的、戶用的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)。(2)陽光電源公司光伏運維系統(tǒng)。系統(tǒng)是一個基于web的遠程監(jiān)控系統(tǒng)，用戶將電站接入系統(tǒng)后，注冊成為用戶，創(chuàng)建一個電站并且和設(shè)備數(shù)據(jù)源綁定后即可實時監(jiān)控電站的發(fā)電量、C02減排、發(fā)電功率、經(jīng)濟收益等關(guān)鍵數(shù)據(jù);并可查看設(shè)備故障、告警等信息;通過圖表、曲線、報告等形式可以對電站的運行狀況進行評估，同時還具備電站綜合分析、設(shè)備物資管理和實時視頻監(jiān)控等功能。(3)遠景能源公司光伏運維系統(tǒng)。遠景能源運維系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)十分清楚，主頁以地圖或列表的形式展現(xiàn)集團電站的運行情況，提供電站列表快速方便地進入集團旗下的單個電站，方便在功能頁中進行電站切換。遠景運維系統(tǒng)主要分為智能監(jiān)控、績效評估、運維管理和報表4大模塊，每個模塊下還包含若干子功能菜單。國內(nèi)對于光伏電站性能分析方面，主要在光伏電站設(shè)計階段對電站理論效率進行簡單計算，但由于工程施工以及運行環(huán)境的波動性，導(dǎo)致實際效率與理論效率相差較大。國內(nèi)學(xué)者的研究重點主要集中在光伏電站中各個關(guān)鍵電氣部件效率建模以及效率影響因素分析方面，缺乏對光伏電站整體效率評價方面的深入研究。國內(nèi)多集中于對光伏電站建設(shè)質(zhì)量進行測試，但不涉及光伏電站長期運行數(shù)據(jù)，也并不針對部件可靠性情況進行考核?？傮w而言，目前國內(nèi)外開展的光伏電站運維技術(shù)研究及應(yīng)用，數(shù)據(jù)采集類型相對單一，不夠多元化，特別是資源數(shù)據(jù)、檢測數(shù)據(jù)和故障數(shù)據(jù)缺失嚴(yán)重;實現(xiàn)的功能較為簡單，主要是光伏電站設(shè)備運行信息的查看、瀏覽和統(tǒng)計分析，尚未實現(xiàn)智能運維功能。2.2國外發(fā)展現(xiàn)狀國外開展光伏電站運維技術(shù)研究及應(yīng)用時間較早。國際能源署(>Ea)在PVPSTask-2工作研究中，制定了一些描述光伏系統(tǒng)性能的指標(biāo)和定義，如系統(tǒng)理論發(fā)電時長、組件全年效率等。并于1998年形成正式的國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61724-1998"Photovoltaicsystemperformancemonitoring-Guidelinesformeasurement,dataexchangeandanalysis"。標(biāo)準(zhǔn)中光伏系統(tǒng)效率評價指標(biāo)(PerformanceRatio簡稱PR)己經(jīng)被廣泛接受為衡量光伏系統(tǒng)效率的一個重要指標(biāo)。此外，美國國家新能源實驗室(NREL)重點針對美國光伏電站進行分析，研究影響光伏電站效率的因素，量化評估電站中各環(huán)節(jié)損耗。同時，國外一些學(xué)者也開展了光伏電站效率分析以及效率損耗分析的工作。在光伏電站效率評估方面，主要針對電站長時運行數(shù)據(jù)，分析光伏電站及其關(guān)鍵部件運行性能，比較有代表性的如B.Decker分析了德國北部170座并網(wǎng)光伏電站運行性能，提出了光伏電站及其各環(huán)節(jié)運行評價指標(biāo);GeorgeMakrides等人分析評價了Cyprus地區(qū)并網(wǎng)光伏電站效率損失，針對電站每一個環(huán)節(jié)，設(shè)置合理的效率評價指標(biāo)，通過現(xiàn)場測試，分析電站各環(huán)節(jié)效率損失原因;K.Nishiokaa等人收集了一座SOkW光伏電站的年度數(shù)據(jù)，伏組件溫度系數(shù)對其轉(zhuǎn)換效率的影響;Oozeki等人采用一種量化研究光SophisticatedVerificationSV方法對光伏電站效率損耗進行判斷，通過電站每天功率曲線來判斷引起電站效率損失的原因。C.W.A.Baltus等人通過繪制光伏電站效率桑基圖來量化分析電站每一部分損耗情況。但是國外光伏電站性能分析多為分布式光伏電站，裝機容量較小，在單個電站運行數(shù)據(jù)管理、采集以及測試方面的難度要遠小于大型光伏電站。在基于數(shù)據(jù)統(tǒng)計的光伏系統(tǒng)可靠性方面，美國1987年開始實施的PVUSA計劃，由美國能源部制定，加州能源委員會牽頭實施，包含兩種類型示范工程:一是為體現(xiàn)最新組件發(fā)展技術(shù)，容量在20kW以內(nèi)的光伏示范工程，稱之為EMTs(EmergingModuleTechnologies)，針對新型組件開展實證性測試;另一種為使用成熟技術(shù)的容量在200kW-SOOkW之間的光伏示范工程，稱之為Utility-Scale(US)Systems，針對各類BOS部件和系統(tǒng)開展實證性測試。通過PVSUA項目的實施，能夠評估光伏組件和BOS部件的性能、可靠性，評估光伏系統(tǒng)運行效率、運維費用和整體造價。美國2007年啟動的SETP項目，由美國能源部制定，美國國家新能源實驗室(NREL)和美國圣地亞國家實驗室(SNL)牽頭開展全國范圍內(nèi)的光伏系統(tǒng)的實證性測試，依托全國已通過驗收的光伏電站進行現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集及示范。目前，國內(nèi)在可靠性研究方面主要以理論分析為主，包括故障類型、可靠性模型及相關(guān)指標(biāo)研究，基于長期運行數(shù)據(jù)的可靠性評估未見相關(guān)研究。2.3未來發(fā)展趨勢2011年日本發(fā)生9級地震，伴隨而來的是核泄漏事件，這一事件的發(fā)生，又一次提醒人們清潔能源的重要性。在能源需求的巨大驅(qū)動下，各國紛紛提出了發(fā)展光伏市場的政策。其中，由于建筑物耗能占到世界總能耗的1/3，因此成為未來光伏發(fā)電的重要發(fā)展方向。專家預(yù)測，光伏與建筑物相結(jié)合，將會大大提升太陽能發(fā)電在一世界能源應(yīng)用范圍內(nèi)的地位。近年來，德國和日本在此項技術(shù)的發(fā)展取得長足進步。他們主要是通過國家對光伏發(fā)電政策進行補貼并對銀行貸款采取一定的激勵政策，廣泛應(yīng)用多晶硅產(chǎn)品，大力推行光伏屋頂計劃，從而實現(xiàn)最終的并網(wǎng)發(fā)電。為了推廣光伏建筑這一概念，德國柏林議會大廈首當(dāng)其沖采用大量光伏發(fā)電設(shè)備，進而向許多公共設(shè)施場所進行推廣。發(fā)達國家的成功先例告訴我們，要想擴展光伏發(fā)電市場一定要重視科技的開發(fā)與用用，通過提高光伏組件的發(fā)電效率，降低發(fā)電成本，從而實現(xiàn)平價上網(wǎng)，最終解決世界的能源危機問題。太陽能屋頂計劃，能夠使太陽能的應(yīng)用與建筑物的一部分一屋頂實現(xiàn)緊密連接。這樣不僅可以有效地將太陽能能源與綠色建筑相結(jié)合，同時也實現(xiàn)了建筑物的自主產(chǎn)能。當(dāng)然這一項目的成功建設(shè)，需要太陽能工程師與建筑工程師共同的配合，需要充分考慮周圍環(huán)境的因素，同時又要兼顧成本管理等方面的問題。光伏屋頂?shù)慕Y(jié)合形式是多種多樣的，其中獨立式安裝方式可以將支架直接安裝在屋頂上，操作簡單，成本低廉、不破壞建筑物。對于剛剛起步的中國市場較為實用。3光伏電站建設(shè)3.1光伏電站建設(shè)流程分析光伏電站的施工建設(shè)的項目較多，主要包括電站基礎(chǔ)建設(shè)、支架與組件的安裝以及電氣設(shè)備的安裝調(diào)試與電線線路的排列分布。具體的光伏項目整體施工建設(shè)流程如圖3-1所示。圖3-1整體項目施工建設(shè)流程3.2混凝土基礎(chǔ)建設(shè)混凝土基礎(chǔ)建設(shè)需要完成的項目主要包括模板的建設(shè)、鋼筋工程的搭建以及混泥土的澆灌。這個三個工程項目之間是互相制約、互相影響的關(guān)系，模板搭建完畢并且合乎規(guī)范要求后才能進行鋼筋支架的搭建，鋼筋支架的搭建牢固度又對后面混凝土的澆灌產(chǎn)生影響。對于混凝土的澆灌需要先根據(jù)工程施工圖的詳細(xì)情況，確定混凝土的澆灌位置，對于光伏電站建設(shè)的要求，混凝土的強度等級需要達到C25強度，可以保證在安裝支架等組件的時候能夠具備較強的承載力。3.3項目組件安裝首先根據(jù)現(xiàn)場需要按照工程需要，對整根槽鋼進行下料切割，切割好的槽鋼將作為支架。然后為了固定支架需要在已經(jīng)完工的混凝土基礎(chǔ)建設(shè)上進行打孔，需要將組建進行調(diào)整使其排成一條直線，然后安裝支架，按照先安裝主梁再安裝次梁的順序進行安裝，完成后再安裝太陽能電池板。最后，在工程中單軸跟蹤系統(tǒng)由180W的單晶硅電池構(gòu)成，根據(jù)工程的規(guī)模要求，需要配置12個。通過前期混凝土基礎(chǔ)建設(shè)中的施工，在其基礎(chǔ)上進行槽鋼的架設(shè)后安裝支架并將支架與電池組相連，最后完成支架與電池板的架設(shè)調(diào)整工作，保證電池板的牢固穩(wěn)定。還需要安裝風(fēng)速檢測系統(tǒng)對其進行保護，在風(fēng)速超過預(yù)設(shè)限值的時候采取相應(yīng)的措施保護系統(tǒng)。3.4電氣施工3.4.1電氣施工流程電氣施工建設(shè)的項目較多，主要包括室外工程與室內(nèi)工程。室外工程主要包括太陽能電池組布線、匯流箱安裝、橋架安裝，室內(nèi)工程主要內(nèi)容是電氣設(shè)備的安裝。具體的電氣施工流程如圖3-2所示。圖3-2電氣施工流程圖3.4.2電氣施工要點（1）材料預(yù)估及材料準(zhǔn)備電氣工程的設(shè)備較多并且是整個光伏電站的核心部分，因此需要在進行施工前對材料進行充分的準(zhǔn)備。具體需要根據(jù)工程的實際情況以及現(xiàn)場的環(huán)境因素，提前進行規(guī)劃并對所需材料進行預(yù)定采購。根據(jù)電線電纜長度計算出固定線路所需的各種輔料數(shù)量。最后對材料采購規(guī)劃進行實際核準(zhǔn)后進行相應(yīng)的準(zhǔn)備。（2）排布橋架橋架的功能是對電纜進行鋪設(shè)，因此需要對橋架表面進行相應(yīng)的防護措施，使其免于生銹腐蝕等狀況，以提升橋架的使用壽命。通常采用表面刷漆處理，隔離橋架表面與氧的接觸。適用于本工程的是配有端蓋槽式橋架，在實際施工過程中，需要在現(xiàn)場調(diào)整實際橋架的排布，為了保持電線電纜的暢通應(yīng)盡量減少彎頭數(shù)量，同時需要將螺絲固定緊密，防止橋架發(fā)生松動以及出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。同時還要保證橋架與地面有一定的距離，在需要彎曲的部分使用拼接方式來搭建。橋架如果跨度過大會使其受到較大的壓力，因此需要在跨度較大的橋架下設(shè)置水泥石墩作為受力支撐。鑒于水泥石墩的制作生成需要一段時間，因此本工程使用工字架鋼筋進行支撐，其穩(wěn)定程度稍遜水泥石墩，但是可以提高施工效率以及節(jié)省施工成本。（3）組件間電纜鋪設(shè)。按照項目的規(guī)模設(shè)定，整個工程需要安裝設(shè)置12塊電池板組件，并將電池板組件進行串聯(lián)。在實際安裝按照逆變器的所在位置進行分區(qū)處理，并根據(jù)各個分區(qū)進行電纜的鋪設(shè)施工。電纜頭的線路接線端子連接好后需要進行特殊的密封固定處理。在整個電纜鋪設(shè)過程中，最主要的是避免電纜線路纏繞以及排列錯誤，過長的電纜線路會影響電壓從而降低發(fā)電效率。（4）匯流箱的固定與連線。匯流箱的安裝位置理論上應(yīng)該由陣列位置所決定，一般情況下都會與陣列位置相距較近，因為可以使橋架排放的視覺效果更加合理，并且便于在往后的檢測維護過程中對其進行檢修與損耗材料的更換。按照項目設(shè)計規(guī)劃的匯流箱共有16路，匯流箱使用槽鋼進行固定。在進行組串電纜接入的過程中，要事先對相應(yīng)的線纜進行明確的標(biāo)注，使其能夠正確對應(yīng)各路匯流箱，杜絕因為線路數(shù)量繁雜而導(dǎo)致的線路混亂。如發(fā)生異常情況，需要對電阻測量進行重新核定，重新區(qū)分線路并標(biāo)注。（5）室內(nèi)電氣設(shè)備連線。室內(nèi)電氣設(shè)備連線主要包括由匯流箱引出電纜接入室內(nèi)電氣設(shè)備，按照電氣施工規(guī)范順序進行連接，其順序依次為直流配電柜、逆變器、交流配電柜，電纜由配電室引出后沿著樓頂管道與一樓的總配電室相連。在電纜連線的過程中，將電纜手套進行加熱然后覆蓋于電線表面，能夠?qū)﹄娋€起到保護作用。4光伏電站維護存在的問題以及建議4.1光伏電站維護存在的問題4.1.1故障檢測不完善在現(xiàn)如今我國大型光伏電站電氣設(shè)備運行維護工作之中存在的最主要的一個問題就是故障檢測不到位。在大型光伏電站的系統(tǒng)當(dāng)中，由于電氣設(shè)備具備著結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，位置非常多樣化的特點，這主要是為了保證大型光伏電站日常運行的穩(wěn)定性。而在大型光伏電站日常運行的過程當(dāng)中，其電氣設(shè)備由于這些特點導(dǎo)致差異性比較強，運行的方式也因此比較多樣，而在具備著多樣性的電氣設(shè)備運行的過程當(dāng)中，工作人員要想準(zhǔn)確從中找出發(fā)生故障的設(shè)備并對此進行問題檢修就十分困難，這就導(dǎo)致了運行維護工作人員故障檢測工作的準(zhǔn)確性非常低，最終嚴(yán)重影響了大型光伏電站日常運行的效率和質(zhì)量。4.1.2故障分析不完善在現(xiàn)如今我國大型光伏電站電氣設(shè)備運行維護工作之中存在的最主要的一個問題就是故障分析不足。一般情況下，光伏電站之中的電氣設(shè)備出現(xiàn)的故障根據(jù)其特點的不同可以將其進行明確的分類，但是在實際工作過程當(dāng)中，由于周邊環(huán)境因素的不同以及接觸因素的差異性，導(dǎo)致電氣設(shè)備出現(xiàn)故障的原因也因此變得更為復(fù)雜。在這樣的情況下，大型光伏電站運行維護工作人員要想保證電氣設(shè)備的運行穩(wěn)定性，就必須要對電氣設(shè)備故障進行全面深入的分析，無論是宏觀系統(tǒng)層面上的原因還是圍觀細(xì)節(jié)方面的原因都必須要做到了解掌握，這樣才能夠有針對性地將故障解決，保障電氣設(shè)備的運行穩(wěn)定性。但是在現(xiàn)如今的大型光伏電站電氣設(shè)備運行維護工作之中，絕大多數(shù)工作人員都在故障因素分析工作還未明確情況之下就進行維護工作，不僅維護工作效率低下，同時還會造成嚴(yán)重的資源浪費情況。4.1.3運行維護工作不夠?qū)I(yè)在現(xiàn)如今我國大型光伏電站電氣設(shè)備運行維護工作之中存在的最主要的一個問題就是運行維護工作不夠?qū)I(yè)。造成這一問題的原因主要有兩點：一是工作人員綜合素質(zhì)不足；二是在解決問題的過程當(dāng)中，工作人員對于技術(shù)的研究深入不足。這直接導(dǎo)致了技術(shù)對于運行維護工作的針對性比較差，無法有效保證運行維護工作的專業(yè)性。4.2光伏電站維護要點4.2.1巡檢工作要點光伏電站在其規(guī)模及以上容量達到之后，可以將運行和檢修兩項工作分開，工作人員應(yīng)該對檢查工作的項目和周期進行不斷優(yōu)化完善，開展設(shè)備點檢工作，有效提高運行維護工作人員的巡檢工作質(zhì)量。在進行巡檢工作的過程當(dāng)中，工作人員一定要將走、看、聽、摸以及測燈有機結(jié)合起來。同時工作人員還需要結(jié)合光伏電站所在當(dāng)?shù)丨h(huán)境的特點來采取相應(yīng)的勞動防護措施，借此有效保證巡檢工作的效率和質(zhì)量。4.2.2記錄工作要點記錄工作是一種對于光伏電站運行狀況分析和維護方法制定工作的重要依據(jù)，非常重要。工作人員在進行日常維護工作的過程當(dāng)中需要將每日測量的不同時間點系統(tǒng)的工作參數(shù)進行記錄，其中最主要需要記錄的內(nèi)容為日期、