浅谈分布式光伏发电的现状及技术改进

摘　要：能源是社会建设发展的基础资源，随着我国经济快速发展，传统化石能源不足以及其所导致的环境污染问题日益突出， 发展新能源将有助于推动经济发展、保护环境。地面光伏发电技术便是其中之一，本文简述分布式光伏发电现状，探究影响分布式光 伏发电效益的因素，并探析分布式光伏发电技术的改进

关键词：分布式光伏发电；现状分析；技术优化

0.引言 

我国西部地区拥有丰富的太阳能，光伏发电效益显著， 而分布式光伏发电能够有效解决太阳能分布不均的问题， 在科学合理的设计下实现太阳能的开发利用，提高光伏发电的经济效益。

1.分布式光伏发电发展现状

分布式光伏发电项目所具有的分散化能源供应能力逐 渐替代非专业化的光伏电站建设，成为诸多企业开展光伏 发电的主要方向。近年来光伏产业一直是高度的政策驱动 产业，在政府遏制盲目性投资、出台平价上网等政策后， 企业在分布式光伏发电建设中不断探究技术的发展进步与 成本控制，以求达到高质量的经济效益。从光伏发电发展 的大环境来看，分布式光伏发电项目开发过程中出现了一 些问题，影响到光伏发电系统的运行质量与安全，而且光 伏发电本身受限于太阳能的不稳定性会对电网并网造成一 定影响，需要在最大限度收集太阳能的同时降低电网运行 的风险系数。榆树井煤矿没有盲目建设分布式光伏发电项 目，而是在完场项目现场调研，编制分布式光伏发电项目 可行性研究报告，通过市场调研，选取适合单位实际情况 的光伏板、汇流箱、计量柜等软硬件设备后才开始分布式 光伏发电项目的建设，高质量的准备为地面分布式光伏发 电系统的高效运作提供了保障，光伏板发电正常，无高 出要求谐波，电压稳定，输出电压380V，日发电量7548 度，符合设计要求。基本上规避了分布式光伏发电项目开 发过程中的常见问题，确保分布式光伏发电项目的有效运 用，实现了对分布式光伏发电系统与组件设备的质量控制 管理，保障了光伏发电的整体运行稳定性。

2.影响分布式光伏发电效益的因素 

2.1光伏技术

“科学技术是第一生产力"，光伏发电技术以及其他技 术工艺本身决定了光伏发电成本以及发电效率，随着光伏 发电项目补贴逐渐减低，在光伏发电项目的技术工艺以及1671-2064(2022)09-0110-03 材料设备对于分布式光伏发电效益的影响将会越来越大。光伏技术本身在分布式控制下虽然可以带来一定的积极作 用，但受限于技术工艺发展水平以及设备设施瓶颈因素， 分布式控制技术在通信传输过程中的准确性和速度容易受 到强电系统的电磁干扰影响。而且配电网的电压调节技术 也会影响到光伏发电效益，像是过往电压调节多采用投切 电容电抗器，没有配置动态调节设备，这就造成电压调节 没有对电流负荷进行预测，不仅会降低发电效率，而且可 能会引起电压超标问题。企业在分布式光伏发电项目建设 中只有最大限度地优化技术工艺，确保各项技术的有效运 用，才能提高光伏发电的经济效益。

2.2投资成本

分布式光伏发电项目的前期投资与后期运维成本均较 高，虽然光伏项目能够为投资者带来良好的收益，但是投资 前期需要采购的设备硬件较多，笔者所在地区太阳能丰富、 日照时间长，年太阳辐射总量在5711MJ/m2～ 6096MJ/m2， 年日照时数在3000h左右，且年平均降水量在300mm 以下，气候条件具有可观的光伏发电效益，才在建 筑、车间、停车场等屋顶设置光伏发电装置，并直接并入 矿井低压电网，为矿井能源系统用电提供补充。随着光伏 发电项目的大规模应用与可持续发展，光伏发电的投资成 本还在不断降低，特别是在煤炭价格上升后，煤炭发电成 本相比光伏发电成本在不考虑环境影响的情况下没有显著 优势，何况光伏发电成本随着技术进步呈现逐渐降低的趋 势，2010―2018年，光伏组件价格下降80%左右，而且 煤炭发电的环境代价容忍性较低，使得光伏发电项目在综 合经济效益上占据发展优势。在后期运营成本上，光伏组 件设备的价格降低以及效率提升，也间接降低了后期的运 营与维护成本。当然，最关键的依然是分布式光伏发电项 目的经济收益，除了补贴政策获得的资金外，自发电力节 省的电费以及出售多余电量的收入都伴随着前期投资成本 的降低而稳步提高，这为分布式光伏发电技术优化研究提供了经济基础。

2.3补贴政策

补贴是光伏发电产业迅猛发展的根本，2008―2018 年，我国光伏产业发展迅速，其中补贴政策对促进发展起 着至关重要的作用。光伏发电技术的进步以及补贴政策的 不断调整为分布式光伏发电项目，其中有关明确缩小补贴 规模且只有被承认规模管治的光伏发电项目才享受补贴。 为此，榆树井煤矿严格按照国家及电力行业项目规范标准 建设执行，确保所发电能质量与电网一致，并根据不 同太阳电池阵列选用不同类型与功率的并网组件设备，保 证光伏系统的直流电转变为适合于电网的交流电，能够享 受到光伏发电的补贴政策。总体来看，光伏发电补贴正在 逐渐降低，想要依靠光伏发电补贴获取收益并不现实，只 有凭借光伏发电技术优势以及企业用电需求拉动光伏发电 技术的发展才是分布式光伏发电技术发展的主要方向，不 过当前在技术改进以及经济效益计算中依然可以加入补贴 资金，以此找到未来确保经济效益和技术改进的方向。

3分布式光伏发电技术改进策略 

3.1实施孤岛保护

分布式光伏发电的规模化应用使得诸多逆变器设备并 入电网，而这也产生诸多公共耦合点谐波过大、逆变器脱 网、非计划性孤岛运行等问题，对电网的安全运行带来影 响。在光伏系统正常工作时，逆变器将会把发出的电能输 送至电网，而当电网故障时，系统无法及时检测到电网状 态而继续向电网输送电能，就会造成系统出现孤岛效应， 会对整个系统中的设备造成影响甚至损坏。而孤岛保护技 术就是为了维持分布式光伏电网的稳定运行，主动断开并 网连接设备的一种技术。此技术需要对非计划的孤岛运行 状态有着准确的判断，并能够分析在孤岛状态下电网会对 电气设备造成何种影响，是否存在安全风险，为设计人员 或维护人员提供安全控制数据和应急处理预案，确保分布 式光伏电网的正常运行。榆树井煤矿使用的设备防护包括 DC记忆反接保护、直接输入开关、绝缘阻抗检测、交流 短路保护、浪涌保护、防PID保护、AFCI保护等，在孤 岛保护技术运用中主要是通过被动过、欠压孤岛检测或是 电压相位突变检测方法来检测孤岛效应，这两种方法简单 便捷，容易实现，但缺陷是对阈值设定准确度要求较高， 否则容易出现检测盲区。而在信息技术和网络系统的发展 中，通过实时监测主动实施孤岛保护成为可能，通过在控 制电流的幅值、频率或相位上加入一个扰动来判断是否存 在孤岛效应，正常情况下扰动受限于大电网的钳制作用， 不会造成明显变化，而存在孤战状况时，扰动作用就比较 明显，以此来判断是否发生孤岛。可采用主动频率偏移法、 自动相位偏移法、GE防孤岛方法、无功功率扰动法等， 这些方法都能主动检测孤岛效应，根据国家光伏并网技术 标准的要求，必须要设置主动和被动各一种防孤岛效应保护方法，确保在电网失压时，防孤岛保护可以在2s内将光伏系统与电网断开，保障光伏系统及其设备的安全。

3.2增强运维管理

榆树井煤矿大规模利用新能源，建设新能源综合利用 控制系统，实现多种能源的有效结合，而相关系统与设备 的应用也带来了电能的大量消耗，为了坚持节能减排和环 境保护的基本方针，结合当地光照气候特点，开发光伏发 电来补充电能消耗，实现能耗平衡。能耗平衡的关键在于 分布式光伏发电项目的高效运用，这就需要光伏发电运维 管理的有效支撑，而技术和管理是促进分布式光伏发电项 目发展的主要推动力。分布式光伏发电技术改进的关键在 于光伏技术发展和成本控制，与技术和管理相互对应。在 技术工艺改进方面，专业光伏产业自然是优化光伏技术， 而客户方面也需要注重光伏材料成本、光伏组件寿命、电 池结构的研究和简化，通过技术改进来降低材料成本，提 升组件的使用期限，创新光伏发电的应用模式。例如：使 用先进信息技术智能化构建分布式光伏，智能运行管理和 维护，并结合企业单位的具体情况科学配置分布式光伏发 电的形式，促进光伏与建筑或是其他设备的一体化系统建 设，依靠企业本身特点形成自己的光伏发电优势。而在运 营管理方面，应当将大数据、云计算等信息技术应用于智 能光伏发电系统之中，分析发电效率低、可靠性低等问 题，并为运行和管理提供实时数据，建设智能化的光伏电 力管控中心，设立基于光伏发电系统的管理标准，加入专 家分析系统，使分布式光伏发电的运营管理更加完善。在 系统化、一体化、规范化的分布式光伏发电管理环境中， 光伏发电技术才能得到有效的支持和创新发展，比如电力 系统管理人员通过手机就可以实现各个场域发电系统的监 管，维护人员也可以使用手机来进行远程访问，监控建筑 屋顶的发电设备运行情况。网络的优势为远程管理与无人 值守提供了帮助，减少资源投入，实现资源的有效配置。

3.3完善接入方案

分布式光伏发电项目接入系统的方案根据实际情况而 定，本文以全部自用的方式提出接入系统方案。主要的接 入设备包括导线、断路器和无功补偿装置，需要根据光伏 发电项目本身的发电功率以及并网电压来决定，榆树井煤 矿的分布式光伏系统容量为1500kW，在各厂房屋顶和空 闲场地配置并网逆变器和汇流箱，光伏并网电压以380V 汇入汇流箱并输入电网，所有线路导线都经过校核，符合 供电容量要求。断路器选择小型和万能式断路器两类，具 备开断故障电流的能力，并且有低压并网专用断路器，具 备失压跳闸与有压合闸功能。无功补偿装置根据不同场域 之间的发电功率因素来确定，场域间发电功率因素超过 0.97 则无需配置无功补偿装置。其他设备及组件均符合国 家及电力行业相关技术标准，具备认证报告，并且新的光 伏发电项目均建设在厂区内部，只需与原有供电设施和公共电网连接即可，无需另外架设电路。在技术改进方面， 并网电能表采用GPRS三相静止式多功能电能表，精度 高于0.5S级，电流互感器与电压互感器达到0.2S与0.2 级。在接入方案的优化中还需考虑分布式光伏发电产生的 谐波、电压波动等可能对电能质量产生影响的因素，可采 用独立监测系统连续24h不间断监测并网发电系统的运行 状况以及并网逆变器的运行数据，确保分布式光伏发电系 统的稳定运行。另外，需要注意的是不同场域光伏发电 项目接入方案存在差异，不同场域的负荷情况各不相同， 部分区域可能存在用电量波动幅度较大的情况，特别是建 筑较多的区域，需要通过对用电信息进行采集和数据分 析，计算出24h内的有功功率，了解区域最大、最小以及 平均负荷。在正常情况下光伏发电项目先要接入用电线路 进行负荷供电，剩余部分用电线路进入主二次母线，不供 电至公共电网，才能确保在最大负荷下光伏发电的电能可以高效运用。

3.4优化调压技术

调压技术是分布式光伏发电系统中常见的一种技术工 艺，受制于太阳光线的直接影响，光伏发电具有不稳定 性，在电力并网中光伏电力产生较大的电力波动很容易对 主电网造成一定干扰，影响到分布式光伏发电系统的可靠 性。为了解决这种问题，调压技术便是利用电压调节器对 分布式光伏发电系统进行合理控制，对处在负荷点的电压 进行控制，确保电压产生的波动能够处在安全范围内，即 便在光伏发电效率较高，出现线路轻载的问题，电压调节 器依然能够保障并网过程中光伏电网的电压低于安全电 压，保障并网工作的质量与安全。在技术层面上优化调节 技术主要是采用调度自动化和系统通信技术两种方面，自 动化技术采用智能系统凭借传感器反馈的数据自动执行调 压，不过这对系统性能和传感器的要求较高，投入成本较大，多是在并网末端或是电网关键位置采用。而通过传感 器上传电压信息至光伏发电管理部门，由信息系统分析并 反馈给管理人员判断成为一种更加经济的方式，只需采取 相应监测与补偿措施，管理人员便能使电压满足接入电网 的要求。而在设计建设方面，可以将调压器的接入位置安 设在光伏发电储能阶段，即在开发阶段便能够合理调节与 控制光伏发电的波动，保障分布式光伏发电系统并网的安 全性。这需要管理人员了解分布式光伏发电系统的实际运 行状况，根据具体要求与设备系统连接，组成合理的布 局，做到对电压的精准控制。

4、安科瑞分布式光伏运维云平台介绍

4.1概述

AcrelCloud-1200分布式光伏运维云平台通过监测光伏站点的逆变器设备，气象设备以及摄像头设备、帮助用户管理分散在各地的光伏站点。主要功能包括：站点监测，逆变器监测，发电统计，逆变器一次图，操作日志，告警信息，环境监测，设备档案，运维管理，角色管理。用户可通过WEB端以及APP端访问平台，及时掌握光伏发电效率和发电收益。

4.2应用场所

目前我国的两种分布式应用场景分别是：广大农村屋顶的户用光伏和工商业企业屋顶光伏，这两类分布式光伏电站今年都发展迅速。

4.3系统结构

在光伏变电站安装逆变器、以及多功能电力计量仪表，通过网关将采集的数据上传至服务器，并将数据进行集中存储管理。用户可以通过PC访问平台，及时获取分布式光伏电站的运行情况以及各逆变器运行状况。平台整体结构如图所示。

4.4系统功能

AcrelCloud-1200分布式光伏运维云平台软件采用B/S架构，任何具备权限的用户都可以通过WEB浏览器根据权限范围监视分布在区域内各建筑的光伏电站的运行状态（如电站地理分布、电站信息、逆变器状态、发电功率曲线、是否并网、当前发电量、总发电量等信息）。

4.4.1光伏发电

4.4.1.1综合看板

●显示所有光伏电站的数量，装机容量，实时发电功率。

●累计日、月、年发电量及发电收益。

●累计社会效益。

●柱状图展示月发电量

4.4.1.2电站状态

●电站状态展示当前光伏电站发电功率，补贴电价，峰值功率等基本参数。

●统计当前光伏电站的日、月、年发电量及发电收益。

●摄像头实时监测现场环境，并且接入辐照度、温湿度、风速等环境参数。

●显示当前光伏电站逆变器接入数量及基本参数。

4.4.1.3逆变器状态

●逆变器基本参数显示。

●日、月、年发电量及发电收益显示。

●通过曲线图显示逆变器功率、环境辐照度曲线。

●直流侧电压电流查询。

●交流电压、电流、有功功率、频率、功率因数查询。

4.4.1.4电站发电统计

●展示所选电站的时、日、月、年发电量统计报表。

4.4.1.5逆变器发电统计

●展示所选逆变器的时、日、月、年发电量统计报表

4.4.1.6配电图

●实时展示逆变器交、直流侧的数据。

●展示当前逆变器接入组件数量。

●展示当前辐照度、温湿度、风速等环境参数。

●展示逆变器型号及厂商。

4.4.1.7逆变器曲线分析

●展示交、直流侧电压、功率、辐照度、温度曲线。

4.4.2事件记录

●操作日志：用户登录情况查询。

●短信日志：查询短信推送时间、内容、发送结果、回复等。

●平台运行日志：查看仪表、网关离线状况。

●报警信息：将报警分进行分级处理，记录报警内容，发生时间以及确认状态。

4.4.3运行环境

●视频监控：通过安装在现场的视频摄像头，可以实时监视光伏站运行情况。对于有硬件条件的摄像头，还支持录像回放以及云台控制功能。

4.5系统硬件配置

4.5.1交流220V并网

交流220V并网的光伏发电系统多用于居民屋顶光伏发电，装机功率在8kW左右。

部分小型光伏电站为自发自用，余电不上网模式，这种类型的光伏电站需要安装防逆流保护装置，避免往电网输送电能。光伏电站规模较小，而且比较分散，对于光伏电站的管理者来说，通过云平台来管理此类光伏电站非常有必要，安科瑞在这类光伏电站提供的解决方案包括以下方面：

4.5.2交流380V并网

根据国家电网Q/GDW1480-2015《分布式电源接入电网技术规定》，8kW~400kW可380V并网，超出400kW的光伏电站视情况也可以采用多点380V并网，以当地电力部门的审批意见为准。这类分布式光伏多为工商业企业屋顶光伏，自发自用，余电上网。分布式光伏接入配电网前，应明确计量点，计量点设置除应考虑产权分界点外，还应考虑分布式电源出口与用户自用电线路处。每个计量点均应装设双向电能计量装置，其设备配置和技术要求符合DL/T448的相关规定，以及相关标准、规程要求。电能表采用智能电能表，技术性能应满足国家电网公司关于智能电能表的相关标准。用于结算和考核的分布式电源计量装置，应安装采集设备，接入用电信息采集系统，实现用电信息的远程自动采集。

光伏阵列接入组串式光伏逆变器，或者通过汇流箱接入逆变器，然后接入企业380V电网，实现自发自用，余电上网。在380V并网点前需要安装计量电表用于计量光伏发电量，同时在企业电网和公共电网连接处也需要安装双向计量电表，用于计量企业上网电量，数据均应上传供电部门用电信息采集系统，用于光伏发电补贴和上网电量结算。

部分光伏电站并网点需要监测并网点电能质量，包括电源频率、电源电压的大小、电压不平衡、电压骤升/骤降/中断、快速电压变化、谐波/间谐波THD、闪变等，需要安装单独的电能质量监测装置。部分光伏电站为自发自用，余电不上网模式，这种类型的光伏电站需要安装防逆流保护装置，避免往电网输送电能，系统图如下。

这种并网模式单体光伏电站规模适中，可通过云平台采用光伏发电数据和储能系统运行数据，安科瑞在这类光伏电站提供的解决方案包括以下方面：

4.5.310kV或35kV并网

根据《国家能源局关于2019年风电、光伏发电项目建设有关事项通知》（国发新能〔2019〕49号），对于需要国家补贴的新建工商业分布式光伏发电项目，需要满足单点并网装机容量小于6兆瓦且为非户用的要求，支持在符合电网运行安全技术要求的前提下，通过内部多点接入配电系统。

此类分布式光伏装机容量一般比较大，需要通过升压变压器升压后接入电网。由于装机容量较大，可能对公共电网造成比较大的干扰，因此供电部门对于此规模的分布式光伏电站稳控系统、电能质量以及和调度的通信要求都比较高。

光伏电站并网点需要监测并网点电能质量，包括电源频率、电源电压的大小、电压不平衡、电压骤升/骤降/中断、快速电压变化、谐波/间谐波THD、闪变等，需要安装单独的电能质量监测装置。

上图为一个1MW分布式光伏电站的示意图，光伏阵列接入光伏汇流箱，经过直流柜汇流后接入集中式逆变器(直流柜根据情况可不设置)，最后经过升压变压器升压至10kV或35kV后并入中压电网。由于光伏电站装机容量比较大，涉及到的保护和测控设备比较多，主要如下表：

5.结语

总而言之，分布式光伏发电在太阳能资源充足的区域 可以得到有效应用，而在技术运用与项目开发过程中，为 了保证光伏电网的质量安全，需要了解分布式光伏发电效 益的主要因素。通过合理改进技术方案，优化孤岛保护技 术和调压技术，完善并网接入方案，增强光伏发电系统运 维管理，促进分布式光伏发电技术的应用。