数据质量和光伏电站质量分析

在近期举办【bàn】的“第三届【jiè】光伏电站质量高【gāo】峰论坛”上【shàng】华北电力大学【xué】可再生能源学院太【tài】阳【yáng】能研究中【zhōng】心的【de】朱【zhū】红【hóng】路对于数【shù】据质量和光伏电站【zhàn】质【zhì】量进行了分析。对于光伏【fú】质量的分析【xī】，技术层面上主要有两个：一是对光伏电站的性能状【zhuàng】态进行测试和鉴定【dìng】；二是利用【yòng】数据和【hé】电站的【de】运营数据来对光【guāng】伏【fú】电【diàn】站的性能进行分析。今天我们就数据质量【liàng】问题和光伏【fú】电站的质量问【wèn】题之间进行详细的【de】分析。

如何评价光伏电站质量？

影响光伏电站的质量因素非常的多，首先是光伏组件的影【yǐng】响，可以认为光伏组件是光伏电站核心的【de】设备；其次，光伏电站的设计过程以及【jí】施工【gōng】和安装过程对【duì】于光【guāng】伏电站【zhàn】质量的影响同样非【fēi】常大【dà】；最后【hòu】，光伏电站【zhàn】的【de】运行和维护也是【shì】影响光伏电【diàn】站质【zhì】量的重【chóng】要因素。对【duì】于光伏电站的【de】个【gè】体【tǐ】来说，光伏电站【zhàn】的质量直接影【yǐng】响【xiǎng】了电站的发电量，直接就会影响电站的收【shōu】益：同时影响光伏电站质量的因素【sù】还很有可能导致电站的安【ān】全性【xìng】的问题。有资料显【xiǎn】示，全【quán】国【guó】已调查的425座【zuò】太阳【yáng】能电站中，30%建成3年以【yǐ】上的电站都【dōu】出现了不【bú】同程度的问题。因此，对于【yú】光伏电【diàn】站的质量进行科【kē】学的精确评价和鉴【jiàn】定变得刻不容缓【huǎn】。

光伏电站的质量问题成为【wéi】行业【yè】关注的【de】焦【jiāo】点，如何对光伏电【diàn】站质【zhì】量【liàng】的进行量化或者得到【dào】定性的结论呢？主要可【kě】以分为两条技术路【lù】线，第一【yī】条【tiáo】技术路线我可以【yǐ】把它称为【wéi】“性能测【cè】试”，对于【yú】光伏电站的性能测【cè】试【shì】可以依托于测试鉴定机构对光伏电站的核心设备进行相应的测试，例如组件的测试和鉴【jiàn】定、逆变【biàn】器【qì】效【xiào】率的测试、并网【wǎng】性能以及发电性能【néng】的【de】测试。性能测试可以有效地获【huò】取【qǔ】光伏电站的核心【xīn】关键设备或者局部功【gōng】能的相【xiàng】应【yīng】的【de】特性或特【tè】征；第二条技术【shù】路【lù】线是对光【guāng】伏【fú】电站【zhàn】的【de】性能利用的运营数据【jù】进行分析【xī】，相比于第一【yī】条路线，对光伏电站的数据分析湿较为【wéi】简单和容【róng】易实【shí】现的。国内目前涉及到的【de】比较多的两【liǎng】点，一【yī】是光伏【fú】电站的对【duì】标工【gōng】作，2016年，中电联等【děng】许多发电企业【yè】就【jiù】已经开始了光伏电站的对【duì】标工作；另外，光【guāng】伏电站在运行过程【chéng】中对于电站【zhàn】的【de】效率计算（如大家非常关注的【de】PR计【jì】算的【de】问题），最近几【jǐ】年【nián】利用国【guó】际【jì】和【hé】国内【nèi】的相应标准也做得非常多，此【cǐ】时我们利用【yòng】光伏电站【zhàn】的运营数据可以评价电站【zhàn】的整体质量水平【píng】，同时利用局部核心关【guān】键设备的运行状态数据也可以来【lái】评价光伏电【diàn】站核【hé】心关键设【shè】备的【de】运行状态。PR计算等也可以依赖于运行数据，当建立【lì】起【qǐ】了相应的体系，利用运行数据就可以描述或者【zhě】表征电站的发电性【xìng】能；通过比较【jiào】全面【miàn】的指标【biāo】体系，从全面【miàn】或者局【jú】部角【jiǎo】度来评价电【diàn】站的性【xìng】能【néng】，实现【xiàn】对【duì】光伏电站质量的分析。

质量分析引出的数据问题有哪些？

　　一、能效比PR

光【guāng】伏电【diàn】站【zhàn】的质量分析【xī】，以PR计算【suàn】为例，PR指标评【píng】价电站的【de】效果或者性能是一【yī】个综合性的指标。从数【shù】学公式上来看，PR值的定【dìng】义是实际【jì】的【de】发电量和理论发电【diàn】量的【de】比值，科学性是不容质疑的，分子是测试【shì】时间段内的实际【jì】发电【diàn】量，分母是测试时间间隔内的理论发电【diàn】量PT。从分子和分母的计算过程，一般来讲【jiǎng】，对于整【zhěng】个光伏电站发电量数【shù】据整【zhěng】体还【hái】是比较【jiào】可靠的，但是对【duì】于实际发电量PRD的计算【suàn】或者【zhě】实际发电量PRD的测量而【ér】言，阵列级别【bié】数【shù】据的分【fèn】辨【biàn】率还没有纳入到量测体系【xì】里面，数据的可获取性也存在【zài】问题。很多大型并网光【guāng】伏电【diàn】站的都面临这样的【de】问题【tí】，受此影响调【diào】度侧及电网的安全检查很难得【dé】以应付。

对于理论发电量PT计【jì】算，涉及到的问题比实际发【fā】电量PRD的测量【liàng】更多，例【lì】如【rú】辐照量【liàng】的【de】测试【shì】结【jié】果的不准确性、模型的不【bú】确定性。太阳【yáng】辐射【shè】量是理论发电量PT计算的【de】基础，理论【lùn】发【fā】电量PT是辐【fú】照量水平的【de】大小【xiǎo】乘以阵列装【zhuāng】机的面积【jī】再乘以【yǐ】相应的转【zhuǎn】换效【xiào】率，在对实际组件或者阵列的运营温度进【jìn】行相应的修正得到的一个【gè】值。实际操作过程【chéng】中有许【xǔ】多影响数据准确性的因素存在，如：

1、通常一个光伏电站的占地面积以【yǐ】及阵列的【de】数量【liàng】和组串的【de】数量是非常多的，然而光伏电站一般只【zhī】配【pèi】备一个气象站，测【cè】量结果难以描述整个电站的辐照量场【chǎng】、温度场分布，计算误差应【yīng】运【yùn】而【ér】生。另【lìng】外仪表误差【chà】问题，通常光【guāng】伏电【diàn】站很少来做矫正或者不关注【zhù】精度问【wèn】题，直接读【dú】数进【jìn】行上【shàng】报【bào】。

2、直射比，测得的总辐照量对于晶硅体系的组件来说，接【jiē】受的大部分是直【zhí】射【shè】辐射的【de】部分，仪表的总辐照量和【hé】组件所【suǒ】接受到的辐【fú】照量之间【jiān】存在较大的误差；同【tóng】时不同组件自身的光【guāng】谱响应【yīng】特性问题【tí】：在AM1.5的光照条件下【xià】，光【guāng】谱的【de】分布基本上接近均匀，但不同【tóng】类【lèi】型的光伏组件的光伏响应度分布根据组件的【de】类型【xíng】特【tè】性是有所不同的【de】，直接引起辐【fú】照表【biǎo】所测【cè】得的辐照强【qiáng】度的大【dà】小和组件或者阵列【liè】所吸【xī】收的辐照量之间并不是【shì】等价关系，导致分析过程中的输【shū】入参数的【de】不准【zhǔn】确【què】。

典型日条件下的光资源特性

3、电【diàn】站PT计算【suàn】过【guò】程中模型的【de】不确定【dìng】性，PT的计算公式涉【shè】及到了辐照量、阵列的【de】面【miàn】积、对温度的修【xiū】正以及相应的效率。在计【jì】算过程【chéng】中，模型的【de】本身是非常简【jiǎn】单的且【qiě】适用于相应的工程计算，但是我【wǒ】们【men】对【duì】这个模型做了很多的简化【huà】，模型本身有许多【duō】参数，效率的【de】参数在实际的光伏【fú】电站的计算过程中和光伏电站【zhàn】的实际性能并不【bú】匹配，最终导致理【lǐ】论【lùn】发电量计算结果存【cún】在偏差，或【huò】者说误【wù】差度【dù】还是非常大【dà】的。

对于实际的发电量，组【zǔ】串、阵列或者整站【zhàn】的【de】电气参数或【huò】者运行状【zhuàng】态纳【nà】入到整个量【liàng】测体系里面是做光伏【fú】电站PR计算的【de】前提。目前存在的问题，一是直【zhí】流侧组串或者阵列的测量结果很难计入到大【dà】型光伏电站主站的【de】量测体系里面，因此阵列或者不同组件的性【xìng】能计算问题【tí】很【hěn】多【duō】；二【èr】是光伏【fú】电站【zhàn】的运行【háng】数【shù】据的获取困难。目【mù】前光伏电站的信息接入是服务【wù】于【yú】光伏【fú】电站产生【shēng】的电能【néng】接【jiē】入电网、并【bìng】网的【de】控制、并网的调度的【de】，因【yīn】此电站【zhàn】的运【yùn】行数据是【shì】纳入到电力【lì】系统的安全二【èr】区里面，电站安全二区【qū】的数据不能【néng】直接向公网上进【jìn】行【háng】反【fǎn】送，导致现在很【hěn】多大型光【guāng】伏电站的数据报【bào】送都采用原始的【de】人工报送。

二、对标体系

目前对标指标体系建立【lì】的非常完【wán】善，对标体系对光伏电站各个【gè】核心关键设【shè】备和【hé】整【zhěng】个电站的【de】性【xìng】能【néng】评【píng】价指标是非常全面的，涉及到逆变器的效率、阵列的效【xiào】率、电路的效率和【hé】最终【zhōng】并【bìng】网的弃光【guāng】率等。但【dàn】是【shì】对标工作【zuò】同样【yàng】也【yě】有许多【duō】问题，包括【kuò】PR计【jì】算里【lǐ】面涉及到的问题，同【tóng】时逆变器电量数据缺【quē】失，500千瓦或者一兆瓦【wǎ】以上的逆变器会进入主站，对于小型逆变【biàn】器，由于电【diàn】站施工和【hé】成本的考虑，往往【wǎng】数据很难加入主站【zhàn】。第二【èr】点是弃光电量的计【jì】算，像西北地区光伏电站面临着电站的弃【qì】光问题，实际的弃【qì】光量受到多方面的影【yǐng】响，当【dāng】然电网的调度会对【duì】弃光的问题有影【yǐng】响，但是电站的【de】实际运【yùn】行水平也会对【duì】电站的弃光量带【dài】来相应【yīng】的影响【xiǎng】。弃【qì】光【guāng】电量难以计【jì】算，基本上可以看到表格里面，很多电站的【de】弃光量都是【shì】空着的。第三个就是常用【yòng】电量的【de】统【tǒng】计口径【jìng】不同。第四，线损很难计【jì】算，利【lì】用计算公式，根据相应【yīng】的运行数据来进行计算，这个时候对【duì】于电量的【de】线【xiàn】损非常难做。另外还有大家见【jiàn】到【dào】的有很多测试【shì】电站的【de】对标文件里面要求的逆变【biàn】器的【de】效率，或者说阵列的【de】效【xiào】率，不【bú】同的设备【bèi】的效率，实【shí】际【jì】上我们【men】进行测试或者【zhě】进行分析的话，操作起来【lái】都会有很多的问题。因此我们做了一【yī】个【gè】总结，就是现状。辐照量的【de】数据、日照的数据、日照时【shí】数【shù】、峰值日照时数、发电量【liàng】数据、逆变器的数据、线损等各方面的数据实际上存在较大【dà】的测量误差或者难以获取【qǔ】。因此，实【shí】际上按照【zhào】目前电站的量【liàng】测体系的现状【zhuàng】，难以实现光伏电【diàn】站【zhàn】目前的对标【biāo】分析【xī】工【gōng】作。

1，光伏电站的设计、设备和施工决定了电站的质量和寿命

光伏电【diàn】站的设计，光伏电站【zhàn】的设备性能【néng】以及施工的过程决定了电站的【de】质量和寿命。光伏电站电站的全生【shēng】命周期内的【de】总【zǒng】发电量主要取决于前期电站【zhàn】的设计、设备选型以【yǐ】及施工【gōng】的好坏【huài】。因此，光【guāng】伏电站的科学【xué】设计、严格的设【shè】备选型、严【yán】格把控设备的质量和高【gāo】要求【qiú】地施【shī】工【gōng】是提高光【guāng】伏【fú】电站水平的【de】最【zuì】有效手段。

2，数据质量低劣【liè】带来了分析误差，严重【chóng】影响了【le】光伏【fú】电站【zhàn】质量分析结【jié】果

数【shù】据【jù】质量的低【dī】劣带来了【le】非常严重的分析误【wù】差【chà】，严重影响了电站质量的分析结果。数据质【zhì】量的低【dī】劣表现可以归纳【nà】为以下几【jǐ】点：1，单【dān】独地将【jiāng】辐照量测量【liàng】拉出，从而造【zào】成辐【fú】照量测量误差【chà】极大，影响了电站质【zhì】量的【de】分析【xī】；2，数据的【de】不【bú】可靠性，数据采集和传输过【guò】程，即传【chuán】感器和传输存在【zài】的问题；3，数【shù】据分辨率过低【dī】，对光【guāng】伏电站的性能进行【háng】精【jīng】确的计算，就要【yào】把数据的【de】分辨率做到组【zǔ】件级别、阵列级别甚至组串的级别；4，数据获取困难，第三【sān】方的【de】运维企业【yè】、数据服务商、分析服务商【shāng】对光伏电站的质【zhì】量进行分析【xī】，往往还需要额外的硬件成本来建设数据采【cǎi】集系【xì】统。因此【cǐ】，提高数据质量水平是我【wǒ】们【men】电站状【zhuàng】态分析评价、智能运维和故障的基础【chǔ】，亟需业内出现【xiàn】标准规范【fàn】光伏电站量测体系【xì】的建立(通信【xìn】规约、测量点【diǎn】、传【chuán】感器标定等【děng】)，提【tí】出更为合理的光【guāng】伏【fú】电站对标【biāo】体系!

3，“数据”是实现光伏电站智能化运行的基础

数据是实【shí】现光伏电【diàn】站智【zhì】能化运【yùn】行的基【jī】础，我们只有【yǒu】科学【xué】有效地获取到光伏【fú】电站的运【yùn】营【yíng】数据【jù】才能够做好光伏【fú】电【diàn】站的故障【zhàng】诊断工作、预测维【wéi】护【hù】工作和【hé】性【xìng】能评价工作。组件或者阵列不同【tóng】类型的故障表现出不同【tóng】的电气特征，通过大数据挖掘的方法、参数辨识的分子建立起光【guāng】伏电站运【yùn】行数据【jù】和故障之间的关系。

来源  | 北极星太阳能光伏网