光伏电站建设与维护

　I 光伏电站建设与维护 摘 摘 要 针对光伏电站设备类型多、数据采集量大、网络拓扑结构复杂、运维效率较低等技术难题，完成了基于大数据平台的光伏电站智能运维系统开发。该系统设计开发包括了逻辑架构、网络架构、数据存储、基础功能、应用功能等内容，并应用于华北某 30MW 光伏电站，电站由于建设质量及运维水平不高，发电效率低于同地区同类型电站，光伏电站智能运维分析系统于 2017 年 6 月起在该电站试运行后，通过选取同类典型日进行发电量效率对比，发电效率提升 0.5%-1.5%。针对于此，对于光伏发电站的维护是至关重要的，所以对于该课题进行了相关的研究，以期通过本文的研究的成果能够有助于对于光伏电站的建设以及维护。

　关

　键

　词：光伏；电站；建设；维护

　论文类型：理论研究

　目

　录

　1 引言.................................................................................................................... 1

　II 1.1 研究背景................................................................................................. 1 1.2 研究意义................................................................................................. 1 2 光伏发电现状以及发展趋势............................................................................. 3 2.1 国内发展现状.......................................................................................... 3 2.2 国外发展现状.......................................................................................... 4 2.3 未来发展趋势.......................................................................................... 5 3 光伏电站建设..................................................................................................... 7 3.1 光伏电站建设流程分析.......................................................................... 7 3.2 混凝土基础建设...................................................................................... 7 3.3 项目组件安装.......................................................................................... 8 3.4 电气施工.................................................................................................. 8 3.4.1 电气施工流程............................................................................... 8 3.4.2 电气施工要点............................................................................... 9 4 光伏电站维护存在的问题以及建议............................................................... 11 4.1 光伏电站维护存在的问题.................................................................... 11 4.1.1 故障检测不完善......................................................................... 11 4.1.2 故障分析不完善......................................................................... 11 4.1.3 运行维护工作不够专业............................................................. 11 4.2 光伏电站维护要点................................................................................ 12 4.2.1 巡检工作要点............................................................................. 12 4.2.2 记录工作要点............................................................................. 12 4.2.3 组件运行维护工作的要点......................................................... 12 致谢...................................................................................................................... 14 参考文献.............................................................................................................. 15

　1 1 引言

　1.1 研究背景

　党的十九大报告提出推进能源生产和消费革命，构建清洁低碳、安全高效能源体系，建设美丽中国的总体战略部署。中央经济工作会议再次强调推进生态文明建设，加快调整能源结构。我国新能源发展处于重要的战略机遇期，相关行业产业积极贯彻“四个革命、一个合作”能源战略，认真落实国家各项要求，推动新能源更高质量、更加可持续发展。

　 近年来我国新能源发展取得显著成就。2017 年，我国新能源装机规模不断扩大，并网容量 2.93 亿千瓦;光伏发电成为电源增长的主力，新增装机容量首次超过火电，累计装机容量突破 1 亿千瓦。截至 2017 年底，我国太阳能发电累计装机容量 13025 万千瓦，同比增长 69%;新增装机容量 5306 万千瓦，同比增长54%。分布式光伏爆发式增长。截至 2017 年底，我国分布式光伏发电累计装机容量 2966 万千瓦，同比增长 190%;新增装机容量 1944 万千瓦，同比增长 3.7 倍。

　 随着光伏电站的建设规模和数量逐年增加，光伏电站的建设质量问题、安全问题频频爆发，越来越多的光伏电站面临运维难题，设计缺陷、设备质量缺陷、施工不规范等问题，给光伏电站的运营、维护带来了严峻挑战。光伏电站运营效率和管理质量将直接影响光伏电站的运行稳定性及发电量，对于正处于强劲增长阶段的国内光伏产业来说，光伏电站的运营维护就显得尤为重要和迫切。

　1.2 研究意义 随着光伏电站的建设规模和数量逐年增加，越来越多的光伏电站面临运维难题。现有的光伏电站运维系统可以对部分设备问题进行分析，但由于数据处理能力难以满足光伏电站大量运行数据采集处理要求，无法对光伏电站运行状态进行全面综合评估，同时在故障时难以正确识别和处理故障信息，从而无法优化提升光伏电站发电效率。通过对于本文的研究能够有效的提高光伏发电站的建设和维护，对于我国光伏发电站的维护提供一定的理论上的借鉴。

　2

　3 2 光伏发电现状以及发展趋势 2.1 国内发展现状 国内开展光伏电站建设以及维护的研究及应用相对比较晚，但是近几年有了较大的发展，比较典型的案例包括: （1）上海淘科公司光伏运维系统。淘科公司通过其核心产品 TAOKE 一 Web系统(对外发布称为绿色电力网)为用户提供 Web 方式远程浏览电站运行信息服务。淘科公司通过将逆变器、气象站、电表数据通过安装于光伏发电系统现场的光伏数据采集器进行采集，接入绿色电力网。用户通过登录相关网址就可以方便的观察电站运行状况、浏览数据、查看报表、实时报警并进行数据分析。TAOKE一 Web 系统的功能包括基本功能、数据采集、报表、分析及多媒体浏览。接入到淘科公司光伏发电远程监控平台为仅限于购买淘科公司光伏数据采集器的光伏电站，主要是规模较小的、户用的分布式光伏发电系统。

　(2)阳光电源公司光伏运维系统。系统是一个基于 web 的远程监控系统，用户将电站接入系统后，注册成为用户，创建一个电站并且和设备数据源绑定后即可实时监控电站的发电量、C0 2 减排、发电功率、经济收益等关键数据;并可查看设备故障、告警等信息;通过图表、曲线、报告等形式可以对电站的运行状况进行评估，同时还具备电站综合分析、设备物资管理和实时视频监控等功能。

　(3)远景能源公司光伏运维系统。远景能源运维系统层次结构十分清楚，主页以地图或列表的形式展现集团电站的运行情况，提供电站列表快速方便地进入集团旗下的单个电站，方便在功能页中进行电站切换。远景运维系统主要分为智能监控、绩效评估、运维管理和报表 4 大模块，每个模块下还包含若干子功能菜单。

　国内对于光伏电站性能分析方面，主要在光伏电站设计阶段对电站理论效率进行简单计算，但由于工程施工以及运行环境的波动性，导致实际效率与理论效率相差较大。国内学者的研究重点主要集中在光伏电站中各个关键电气部件效率建模以及效率影响因素分析方面，缺乏对光伏电站整体效率评价方面的深入研究。国内多集中于对光伏电站建设质量进行测试，但不涉及光伏电站长期运行数据，也并不针对部件可靠性情况进行考核。

　4 总体而言，目前国内外开展的光伏电站运维技术研究及应用，数据采集类型相对单一，不够多元化，特别是资源数据、检测数据和故障数据缺失严重;实现的功能较为简单，主要是光伏电站设备运行信息的查看、浏览和统计分析，尚未实现智能运维功能。

　2.2 国外发展现状 国外开展光伏电站运维技术研究及应用时间较早。国际能源署(>Ea)在 PVPS Task-2 工作研究中，制定了一些描述光伏系统性能的指标和定义，如系统理论发电时长、组件全年效率等。并于 1998 年形成正式的国际标准 IEC 61724-1998 "Photovoltaic systemperformance monitoring-Guidelines for measurement, data exchange and analysis"。标准中光伏系统效率评价指标(Performance Ratio简称PR)己经被广泛接受为衡量光伏系统效率的一个重要指标。此外，美国国家新能源实验室(NREL)重点针对美国光伏电站进行分析，研究影响光伏电站效率的因素，量化评估电站中各环节损耗。同时，国外一些学者也开展了光伏电站效率分析以及效率损耗分析的工作。在光伏电站效率评估方面，主要针对电站长时运行数据，分析光伏电站及其关键部件运行性能，比较有代表性的如 B.Decker 分析了德国北部 170 座并网光伏电站运行性能，提出了光伏电站及其各环节运行评价指标;George Makrides 等人分析评价了 Cyprus 地区并网光伏电站效率损失，针对电站每一个环节，设置合理的效率评价指标，通过现场测试，分析电站各环节效率损失原因;K. Nishiokaa 等人收集了一座 SOkW 光伏电站的年度数据，伏组件温度系 数 对 其 转 换 效 率 的 影 响 ;Oozeki 等 人 采 用 一 种 量 化 研 究 光SophisticatedVerification SV 方法对光伏电站效率损耗进行判断，通过电站每天功率曲线来判断引起电站效率损失的原因。C.W.A. Baltus 等人通过绘制光伏电站效率桑基图来量化分析电站每一部分损耗情况。但是国外光伏电站性能分析多为分布式光伏电站，装机容量较小，在单个电站运行数据管理、采集以及测试方面的难度要远小于大型光伏电站。

　在基于数据统计的光伏系统可靠性方面，美国 1987 年开始实施的 PVUSA计划，由美国能源部制定，加州能源委员会牵头实施，包含两种类型示范工程:一是为体现最新组件发展技术，容量在 20kW 以内的光伏示范工程，称之为 EMTs ( Emerging ModuleTechnologies )，针对新型组件开展实证性测试;另一种为使用成

　5 熟技术的容量在 200kW-SOOkW 之间的光伏示范工程，称之为 Utility-Scale ( US ) Systems，针对各类 BOS 部件和系统开展实证性测试。通过 PVSUA 项目的实施，能够评估光伏组件和 BOS 部件的性能、可靠性，评估光伏系统运行效率、运维费用和整体造价。美国 2007 年启动的 SETP 项目，由美国能源部制定，美国国家新能源实验室(NREL )和美国圣地亚国家实验室(SNL)牵头开展全国范围内的光伏系统的实证性测试，依托全国已通过验收的光伏电站进行现场数据采集及示范。目前，国内在可靠性研究方面主要以理论分析为主，包括故障类型、可靠性模型及相关指标研究，基于长期运行数据的可靠性评估未见相关研究。

　2.3 未来发展趋势 2011 年日本发生 9 级地震，伴随而来的是核泄漏事件，这一事件的发生，又一次提醒人们清洁能源的重要性。在能源需求的巨大驱动下，各国纷纷提出了发展光伏市场的政策。其中，由于建筑物耗能占到世界总能耗的 1/3，因此成为未来光伏发电的重要发展方向。专家预测，光伏与建筑物相结合，将会大大提升太阳能发电在一世界能源应用范围内的地位。近年来，德国和日本在此项技术的发展取得长足进步。他们主要是通过国家对光伏发电政策进行补贴并对银行贷款采取一定的激励政策，广泛应用多晶硅产品，大力推行光伏屋顶计划，从而实现最终的并网发电。为了推广光伏建筑这一概念，德国柏林议会大厦首当其冲采用大量光伏发电设备，进而向许多公共设施场所进行推广。发达国家的成功先例告诉我们，要想扩展光伏发电市场一定要重视科技的开发与用用，通过提高光伏组件的发电效率，降低发电成本，从而实现平价上网，最终解决世界的能源危机问题。太阳能屋顶计划，能够使太阳能的应用与建筑物的一部分一屋顶实现紧密连接。这样不仅可以有效地将太阳能能源与绿色建筑相结合，同时也实现了建筑物的自主产能。当然这一项目的成功建设，需要太阳能工程师与建筑工程师共同的配合，需要充分考虑周围环境的因素，同时又要兼顾成本管理等方面的问题。光伏屋顶的结合形式是多种多样的，其中独立式安装方式可以将支架直接安装在屋顶上，操作简单，成本低廉、不破坏建筑物。对于刚刚起步的中国市场较为实用。

　6

　7 3 光伏电站建设 3.1 光伏电站建设流程分析 光伏电站的施工建设的项目较多，主要包括电站基础建设、支架与组件的安装以及电气设备的安装调试与电线线路的排列分布。具体的光伏项目整体施工建设流程如图 3-1 所示。

　图 3-1 整体项目施工建设流程 3.2 混凝土基础建设 混凝土基础建设需要完成的项目主要包括模板的建设、钢筋工程的搭建以及混泥土的浇灌。这个三个工程项目之间是互相制约、互相影响的关系，模板搭建完毕并且合乎规范要求后才能进行钢筋支架的搭建，钢筋支架的搭建牢固度又对后面混凝土的浇灌产生影响。对于混凝土的浇灌需要先根据工程施工图的详细情况，确定混凝土的浇灌位置，对于光伏电站建设的要求，混凝土的强度等级需要达到 C25 强度，可以保证在安装支架等组件的时候能够具备较强的承载力。

　8 3.3 项目组件安装 首先根据现场需要按照工程需要，对整根槽钢进行下料切割，切割好的槽钢将作为支架。然后为了固定支架需要在已经完工的混凝土基础建设上进行打孔，需要将组建进行调整使其排成一条直线，然后安装支架，按照先安装主梁再安装次梁的顺序进行安装，完成后再安装太阳能电池板。最后，在工程中单轴跟踪系统由 180W 的单晶硅电池构成，根据工程的规模要求，需要配置 12 个。通过前期混凝土基础建设中的施工，在其基础上进行槽钢的架设后安装支架并将支架与电池组相连，最后完成支架与电池板的架设调整工作，保证电池板的牢固稳定。还需要安装风速检测系统对其进行保护，在风速超过预设限值的时候采取相应的措施保护系统。

　3.4 电气施工 3.4.1 电气施工流程 电气施工建设的项目较多，主要包括室外工程与室内工程。室外工程主要包括太阳能电池组布线、汇流箱安装、桥架安装，室内工程主要内容是电气设备的安装。具体的电气施工流程如图 3-2 所示。

　图 3-2 电气施工流程图

　9 3.4.2 电气施工要点 （1）材料预估及材料准备 电气工程的设备较多并且是整个光伏电站的核心部分，因此需要在进行施工前对材料进行充分的准备。具体需要根据工程的实际情况以及现场的环境因素，提前进行规划并对所需材料进行预定采购。根据电线电缆长度计算出固定线路所需的各种辅料数量。最后对材料采购规划进行实际核准后进行相应的准备。

　（2）排布桥架 桥架的功能是对电缆进行铺设，因此需要对桥架表面进行相应的防护措施，使其免于生锈腐蚀等状况，以提升桥架的使用寿命。通常采用表面刷漆处理，隔离桥架表面与氧的接触。适用于本工程的是配有端盖槽式桥架，在实际施工过程中，需要在现场调整实际桥架的排布，为了保持电线电缆的畅通应尽量减少弯头数量，同时需要将螺丝固定紧密，防止桥架发生松动以及出现腐蚀现象。同时还要保证桥架与地面有一定的距离，在需要弯曲的部分使用拼接方式来搭建。桥架如果跨度过大会使其受到较大的压力，因此需要在跨度较大的桥架下设置水泥石墩作为受力支撑。鉴于水泥石墩的制作生成需要一段时间，因此本工程使用工字架钢筋进行支撑，其稳定程度稍逊水泥石墩，但是可以提高施工效率以及节省施工成本。

　（3）组件间电缆铺设。按照项目的规模设定，整个工程需要安装设置 12块电池板组件，并将电池板组件进行串联。在实际安装按照逆变器的所在位置进行分区处理，并根据各个分区进行电缆的铺设施工。电缆头的线路接线端子连接好后需要进行特殊的密封固定处理。在整个电缆铺设过程中，最主要的是避免电缆线路缠绕以及排列错误，过长的电缆线路会影响电压从而降低发电效率。

　（4）汇流箱的固定与连线。汇流箱的安装位置理论上应该由阵列位置所决定，一般情况下都会与阵列位置相距较近，因为可以使桥架排放的视觉效果更加合理，并且便于在往后的检测维护过程中对其进行检修与损耗材料的更换。按照项目设计规划的汇流箱共有 16 路，汇流箱使用槽钢进行固定。在进行组串电缆接入的过程中，要事先对相应的线缆进行明确的标注，使其能够正确对应各路汇流箱，杜绝因为线路数量繁杂而导致的线路混乱。如发生异常情况，需要对电阻测量进行重新核定，重新区分线路并标注。

　10 （5）室内电气设备连线。室内电气设备连线主要包括由汇流箱引出电缆接入室内电气设备，按照电气施工规范顺序进行连接，其顺序依次为直流配电柜、逆变器、交流配电柜，电缆由配电室引出后沿着楼顶管道与一楼的总配电室相连。在电缆连线的过程中，将电缆手套进行加热然后覆盖于电线表面，能够对电线起到保护作用。

　11 4 光伏电站维护存在的问题以及建议 4.1 光伏电站维护存在的问题 4.1.1 故障检测不完善 在现如今我国大型光伏电站电气设备运行维护工作之中存在的最主要的一个问题就是故障检测不到位。在大型光伏电站的系统当中，由于电气设备具备着结构非常复杂，位置非常多样化的特点，这主要是为了保证大型光伏电站日常运行的稳定性。而在大型光伏电站日常运行的过程当中，其电气设备由于这些特点导致差异性比较强，运行的方式也因此比较多样，而在具备着多样性的电气设备运行的过程当中，工作人员要想准确从中找出发生故障的设备并对此进行问题检修就十分困难，这就导致了运行维护工作人员故障检测工作的准确性非常低，最终严重影响了大型光伏电站日常运行的效率和质量。

　4.1.2 故障分析不完善 在现如今我国大型光伏电站电气设备运行维护工作之中存在的最主要的一个问题就是故障分析不足。一般情况下，光伏电站之中的电气设备出现的故障根据其特点的不同可以将其进行明确的分类，但是在实际工作过程当中，由于周边环境因素的不同以及接触因素的差异性，导致电气设备出现故障的原因也因此变得更为复杂。在这样的情况下，大型光伏电站运行维护工作人员要想保证电气设备的运行稳定性，就必须要对电气设备故障进行全面深入的分析，无论是宏观系统层面上的原因还是围观细节方面的原因都必须要做到了解掌握，这样才能够有针对性地将故障解决，保障电气设备的运行稳定性。但是在现如今的大型光伏电站电气设备运行维护工作之中，绝大多数工作人员都在故障因素分析工作还未明确情况之下就进行维护工作，不仅维护工作效率低下，同时还会造成严重的资源浪费情况。

　4.1.3 运行维护工作不够专业 在现如今我国大型光伏电站电气设备运行维护工作之中存在的最主要的一个问题就是运行维护工作不够专业。造成这一问题的原因主要有两点：一是工作人员综合素质不足；二是在解决问题的过程当中，工作人员对于技术的研究深入

　12 不足。这直接导致了技术对于运行维护工作的针对性比较差，无法有效保证运行维护工作的专业性。

　4.2 光伏电站维护要点 4.2.1 巡检工作要点 光伏电站在其规模及以上容量达到之后，可以将运行和检修两项工作分开，工作人员应该对检查工作的项目和周期进行不断优化完善，开展设备点检工作，有效提高运行维护工作人员的巡检工作质量。在进行巡检工作的过程当中，工作人员一定要将走、看、听、摸以及测灯有机结合起来。同时工作人员还需要结合光伏电站所在当地环境的特点来采取相应的劳动防护措施，借此有效保证巡检工作的效率和质量。

　4.2.2 记录工作要点 记录工作是一种对于光伏电站运行状况分析和维护方法制定工作的重要依据，非常重要。工作人员在进行日常维护工作的过程当中需要将每日测量的不同时间点系统的工作参数进行记录，其中最主要需要记录的内容为日期、记录时间、当地天气状况、环境温度、逆变器交直流数据以及记录人等等。

　4.2.3 组件运行维护工作的要点 运行维护工作人员在进行组件运行维护工作的过程当中一定要注意定期查看电气设备电池板组件以下几个方面的情况：电池板组件表面是否出现了破损的情况；电池板组件之间的接线的牢固性；电池板正负接线是否出现了老化磨损接地的情况以及固定部件是否出现松动、异常等问题。同时，运行维护工作人员还需要定期对电池板组件进行清洁工作，有效防止影响其发电量，清洁工作一般以一月一次为标准，其中尤其需要注意的一点内容就是在光伏组件已经被阳光晒热之后一定不能使用冷水进行清洗工作。除此之外，工作人员还需要对组件的损坏情况、电气连接的情况进行定期检查，一般是隔 6 个月就对所有组件、电线、电气设备以及接地进行定期检查，借此有效保证组件的正常运行。

　4.2.4 逆变器运行维护工作的要点 在光伏电站电气设备之中，逆变器由于其复杂的特性，因此其被认为是所有电气设备之中可靠性最低的设备之一。因此工作人员在逆变器运行的过程当中应

　13 当时刻注意逆变器室的温度，保证其散热排风系统的正常运行，一旦发现故障，工作人员应当立刻到逆变器前进行确认，并在之后采取相应的解决措施。运行维护工作人员应当定期停电查看逆变器输入输出接线端子、铜排是否出现轻微发黄或发黑的状况；检查运行过程当中逆变器是否出现异常噪音和震动。由于智联母线含有容量较大的电解电容，因此工作人员在进行逆变器清扫工作之前，一定要预先进行 15min 的放电操作，在万用表上显示无电之后再使用吸尘器进行清灰工作，清灰工作一般情况下为 6 个月一次。对于逆变器内部接线的监测工作为一年一次。在进行滤网清洁工作时要结合光伏电站当地风沙情况以及逆变器室的密封情况来进行清洁周期制定工作。由于逆变器之中有配备直流柜，因此工作人员还需要定期对直流配电柜之中的风机运转状况进行检查，防止柜内温度过高导致出现直流空开频繁跳闸的情况发生。

　14 致谢

　岁月如歌，光阴似箭，三年的学生生活即将结束。经历了工作的喧嚣与忙碌，我深深体会到了写作论文时的那份宁静与思考。回首三年的求学历程，对那些引导我、帮助我、激励我的人，我心中充满了感激。

　首先要感谢导师，从我的论文选题写作定稿，倾注了老师大量的心血。在我求学期间，深深受益于老师的关心、爱护和谆谆教导。我的导师点拨迷津，让人如沐春风;作为长辈，关怀备至，让人感念至深。

　同时，我要感谢所有教导过我、关心过我的老师。你们为我的学业倾注了大量心血，你们为人师表的风范令我敬仰，严谨治学的态度令我敬佩。

　感谢一直关心与支持我的同学和朋友们!在这段时间内，我们朝夕相处，共同进步，感谢你们给予我的所有关心和帮助。同窗之谊，我将终生难忘! 在此要感谢我生活学习了三年的母校，母校给了我一个宽阔的学习平台，让我不断吸取新知，充实自己。

　需要特别感谢的是我的家人。家人是我二十年求学路上的坚强后盾，在我面临人生选择的迷茫之际，为我排忧解难，他们对我无私的爱与照顾是我不断前进的动力。

　15 参考文献 [1]董国伦,孙丹彤.大型光伏电站电气设备运行维护检修的研究[J].电工技术,2018(14):90-91. [2]孟令静.大型光伏电站电气设备的运行维护要点[J].数字通信世界,2018(07):105. [3] 张 新 强 . 大 型 光 伏 电 站 电 气 设 备 的 运 行 维 护 要 点 [J]. 科 技 资讯,2018,16(17):17-18. [4]王韬喆.大型光伏电站电气设备的运行维护检修方案研究[J].通信电源技术,2018,35(05):241-242+244. [5]王继凯.运行维护管理机制在光伏电站中的应用[J].城市建设理论研究(电子版),2018(12):25+188. [6]黄霖,钟银.运行维护管理机制在光伏电站中的应用[J].能源与节能,2018(01):58-59+87. [7] 彭 东 涛 . 大 型 光 伏 电 站 电 气 设 备 的 运 行 维 护 检 修 [J]. 中 国 高 新区,2017(21):105. [8] 姚 焰 华 . 光 伏 电 站 运 维 管 理 的 分 析 与 探 讨 [J]. 海 峡 科 技 与 产业,2017(08):143-146. [9]张新强.探讨大型光伏电站电气设备的运行维护要点 [J].科技资讯,2017,15(17):40+42. [10]冯立中. 金昌光伏电站优化设计[D].华北电力大学(北京),2017. [11]Macro-site selection of wind/solar hybrid power station based on ELECTRE - II[J] . Dong Jun,Feng Tian-tian,Yang Yi-sheng,Ma Yu.

　Renewable and Sustainable Energy Reviews . 2014 [12]Decision framework of solar thermal power plant site selection based on linguistic Choquet operator[J] . Yunna Wu,Shuai Geng,Haobo Zhang,Min Gao.

　Applied Energy . 2014 [13]GIS-based solar farms site selection using analytic hierarchy process (AHP) in Karapinar region, Konya/Turkey[J] . Mevlut Uyan.

　Renewable and Sustainable Energy Reviews . 2013