光伏电站电能采集系统的发电模型及参数率定.pdf
査虹剑+陈一鸣
[摘 要]近年来我国大力发展可再生能源，光伏发电已由补充能源向替代能源过渡，我国的光伏电站建设规模也日渐扩大，但光伏电站质量问题频频爆发。文章对光伏电站电能采集系统的发电模型及参数率进行了研究分析，以供参考。
[关键词]光伏电站；电能采集系统；发电模型
中图分类号：TU271.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）05-0254-01
1 光伏电站电能信息采集系统
1.1 纳入现有电能信息采集系统
目前，电网公司建有2套电能信息采集系统：一套由调度部门负责建设，面向变电站和有调度通信的发电厂，基于高速有线数据网；另一套由营销部门负责建设，面向用户侧，基于公共无线通用分組无线服务技术/码分多址（GPRS/CDMA）数据网。对于一些在电网调度中无足轻重，或高速有线数据网不能覆盖、成本太高，而公共无线数据网可以覆盖的电厂，如小水电、小热电等，则采用公共无线（GPRS/CDMA）数据网覆盖。对于大中型光伏电站，应选择纳入调度部门的电能信息采集系统；对于小型光伏电站，无调度通信需求且量大面广，应选择采用公共无线（GPRS/CDMA）数据网，纳入营销部门建立的用户电能采集系统。在主站侧实现数据共享。
1.2 采集终端及集成方案
在光伏电站侧安装采集终端，该终端可命名为光伏并网采集终端（PVTU）。该终端也可以作为电网公司与光伏电站进行信息交互的接口。
1.3 光伏电站电能量采集内容和采集方法
1）一般电气参数及电能量。记录并网点的交流电压、电流，正、反向有功功率、无功功率及电能等。可通过接入并网点的双向电能多功能表获取。
2）电能品质参数。记录并网点的交流电压、电流的谐波分量；对重点电站，增加电压跌落、闪变等参数的测量。这些参数应通过接入并网点的专用电能质量监视装置获取。
3）通过与光伏电站监控系统的数据通信，获取光伏电站的日照、光伏电池温度等参数，以及光伏电池、光伏阵列、储能装置、逆变器等运行状态。
2 光伏发电过程模型
2.1 光伏发电模型的结构设计
模型选择要从需求出发，满足准确性、可靠性、经济性、工程实用性等一系列要求，同时由于涉及与电站的交易。因此，模型的公开、公平、公正十分重要，在简化模型时应确保其精度，并选择有利于电站方。
对实际电站的电能生产过程模型进行全面建模。以光伏电池厂家能提供参数的光伏电池理论模型为基本单元，根据电池连接拓扑形成光伏电池阵列模型，经逆变器后在交流侧汇流，经过升压变压器接入电网或直接接入电网。直流侧汇流和交流侧汇流，均存在难以确定的损耗或传输效率，应采用统一率定参数通过历史数据进行率定。
2.2 光伏电池模型
电力电子技术为基础实现了数字太阳电池阵列模拟器，通过查表法得到太阳电池阵列在各种日照强度和环境温度下的电流—电压（I-U）及功率—电压（P-U）的特性；数据表格占用大量的存储空间，程序结构也变得复杂。
式中：C1，C2，DI，DV，DT为中间变量；Iso，Voc，Im，Vm分别为参考条件下的短路电流、开路电压及最大功率下的最大电流和电压；R为日照强度；Rref和Tref分别为日照强度和环境温度的参考值，通常取1000W/m2和25℃；a和b分别为在参考光照条件下的电流变化温度系数和电压变化温度系数；Rs为光伏电池串联电阻。
2.2.1 太阳辐射角θ
由式（9）可知，太阳能电池方阵的输出特性与太阳光入射角有关，当太阳光线与太阳电池方阵平面垂直时发电量最大，此时太阳辐射角θ为0°。对于固定的方阵来说，太阳能光伏电站的使用地点纬度不同，方阵倾角也不同。由式（2）～式（8）看出，在相同光照和环境温度下，在0°～90°范围内，θ越小，光伏电池输出的电流越大。
2.2.2 串联电阻Rs
Rs反映了太阳能电池内部电能的消耗，串联电阻轻微的差异会对电池的能量转换效率产生很大的影响。生产厂家不提供太阳能电池串联电阻值，但它是数学物理模型中十分重要的参数，对太阳能电池性能有很大影响。
3 光伏电站质量全流程管控方案
3.1 采购阶段质量管控工作
供应商技术答疑目的是澄清与供应商之间的技术疑问。技术部门和质量管理部门与供应商对接，对于相互存疑的技术要求、质量要求和技术参数进行明确。质量管理部门跟踪技术答疑情况，及时修订对应质量规范。对于重大技术变更（包括但不限于技术要求变更、技术配置变更和技术参数变更），技术部门须书面通知到质量管理部门和采购部门面对供应商加以管控。如有必要，需对质量规范和供应商考察评审表进行修订。
3.2 物流过程质量管控工作
质量管理部门与物流部门接口完成物流过程的质量控制。检查设备包装发货过程是否符合相关标准规范要求，掌握包装发货过程清单信息等；设备到货后，配合物流部门，掌握到货的包装、数量等过程信息。物流工作原则上由物流部门完成。考虑到在符合物流规范基础上节约人员成本，物流部门可与质量管理部门沟通，在货物发出和到场时有厂验人员或工程质量管理在场，且经过培训具备包装发货保证能力的前提下，正式委托质量管理部门完成。质量管理部门如发现设备发货或到货情况有问题，需及时反馈给供应商和物流部门改进或予以处理。
3.3 施工前期质量管控工作
质量管理部门与工程部、采购部、项目开发部门接口完成施工前期的质量控制。工程部将施工方案和施工图纸提供质量管理部门审核：是否采取有效措施控制施工图纸的质量通病（常见病、多发病），重点是专业间和施工图卷册间的衔接情况，是否有设计漏项；各专业的设备遗留问题和暂定资料的封闭情况；与安全和功能关系重大的设计特性是否已标注在设计文件上。质量管理部门建立施工方质量要求，参与选择施工队伍。质量管理部门会同采购部、项目开发部完成监理单位服务能力与质量评审。
4 结语
对于实际投运的光伏电站，要根据历史数据的模型率定参数识别方法；率定后的模型，经历史数据演算，证明了其较高的精度。模型理论基础扎实、实用，静态参数获取简便，率定方法简便，达到了对光伏电站最小发电功率和最大发电功率在线监视的要求。
参考文献
[1] 彭春华，谢鹏，陈臣.大规模光伏电站接入电网可调节鲁棒优化调度[J].中国电机工程学报，2014，34（25）：4324-4332.
[2] 艾欣，韩晓男，孙英云.大型光伏电站并网特性及其低碳运行与控制技术[J].电网技术，2013，37（01）：15-23.endprint
