眾所周知，光伏電站建設(shè)期一般較短，而運(yùn)行周期則長達(dá)25年及以上，對(duì)于電站持有者而言，光伏發(fā)電的基礎(chǔ)設(shè)施，如組件、匯流箱、逆變器、箱變、線纜等單元，需要保障其安全、穩(wěn)定、高效的運(yùn)行，但是縱觀近幾年光伏的發(fā)展過程中，由于多方面的原因，存在著設(shè)備選型不當(dāng)、施工建設(shè)質(zhì)量差和后期運(yùn)維不規(guī)范和不專業(yè)等問題，影響了發(fā)電能效的最大化，那么預(yù)期的投資收益也較難得到保障。如何保障電站的高效運(yùn)行，其實(shí)包括了很多內(nèi)容，今天主要和大家分享的是怎么通過數(shù)據(jù)化的離散率指標(biāo)來指導(dǎo)日常的運(yùn)維工作。

離散率可用于評(píng)估發(fā)電單元的發(fā)電性能一致性情況，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，可以對(duì)組串電流一致性進(jìn)行評(píng)價(jià)，對(duì)于集裝逆變器而言，組串離散率指標(biāo)主要是針對(duì)匯流箱側(cè)的各路支路;對(duì)于組串逆變器，主要為組串逆變器的各個(gè)直流支路。如果電流離散率較低，說明各路的發(fā)電性能一致性較好，如果離散率較大，說明支路電流偏差較大，就需要進(jìn)行進(jìn)一步的診斷了。對(duì)于全站而言，我們也可以使用發(fā)電小時(shí)數(shù)離散率或輸出功率離散率對(duì)逆變器的發(fā)電性能差異進(jìn)行評(píng)估。

1. 離散率的計(jì)算

對(duì)于組串而言，離散率的計(jì)算公式如下：離散率=組串電流的標(biāo)準(zhǔn)差/組串電流的平均值*100%

在光伏電站信息化管理平臺(tái)當(dāng)中，組串電流的離散率一般不會(huì)呈現(xiàn)每個(gè)小時(shí)的計(jì)算值，而是通過每個(gè)時(shí)刻離散率的加權(quán)平均值來進(jìn)行反映當(dāng)天的離散率情況。

根據(jù)行業(yè)運(yùn)維相關(guān)文獻(xiàn)記載，對(duì)于組串電流離散率值的評(píng)價(jià)，一般分為如下4個(gè)等級(jí)：

若組串電流離散率取值范圍在0~5%以內(nèi)，說明支路電流運(yùn)行穩(wěn)定。
若組串電流離散率取值在5%~10%以內(nèi)，說明支路電流運(yùn)行情況良好。
若組串電流離散率取值在10%~20%以內(nèi)，說明支路電流運(yùn)行情況有待提高。
若支路電流離散率超過20%，說明支路電流運(yùn)行情況較差，影響電站發(fā)電量，必須進(jìn)行整改。

如圖1為某山地光伏電站的各臺(tái)組串逆變器在某一天各個(gè)時(shí)段的組串電流離散率分布圖，可以看到，組串逆變器單元之間的發(fā)電性能較差較大，組串電流的離散程度從5%到20%以上不等，為了直觀顯示，使用四個(gè)顏色進(jìn)行區(qū)分，其中：

淺綠色：離散率取值范圍在0~5%以內(nèi)
淺黃色：離散率取值范圍在5~10%以內(nèi)
淺紅色：離散率取值在10%~20%以內(nèi)
深紅色：離散率超過20%

圖1 某山地電站組串電流離散率實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

造成如此大的差異，主要是各組串的電流差異引起。如圖2所示，假設(shè)某組串逆變器的6路支路正常運(yùn)行時(shí)，在不同時(shí)間段的組串電流分別為4A、5A、6A、7A、8A，而其中某組串的電流值較低，和其他并聯(lián)組串的差異分別是0.5A、1A、2A、2.5A時(shí)，可計(jì)算得到對(duì)應(yīng)的離散率。

從圖2綠色折現(xiàn)曲線可知，當(dāng)其他正常組串的電流分別是4A、5A、6A、7A、8A時(shí)，低效組串的電流與其相差2A，離散率隨著組串電流值的增加而降低，分別是22%、17%、14%、12%。

當(dāng)其他組串的電流值是4A時(shí)，某組串電流和其他組串相差0.5A、1A、2A、2.5A時(shí)，離散率分別是5%、11%、16%和22%，也就是離散率隨著組串電流之間差值的減少而降低。

圖2不同電流差異值下的離散率

2. 通過離散率分析指導(dǎo)日常運(yùn)維

案例1：陰影遮擋

光伏電站設(shè)計(jì)和施工缺陷最常見的問題之一就是方陣的前后間距不足，如山地光伏電站，到了春季和冬季，組件前后排會(huì)出現(xiàn)明顯的陰影遮擋現(xiàn)象。組串中的某些組件一旦發(fā)生了陰影遮擋，由于光伏組件的工作電流基本上和太陽輻射成線性關(guān)系，工作電流是會(huì)明顯降低的。由于木桶效應(yīng)，那么整個(gè)組串的實(shí)際運(yùn)行電流會(huì)發(fā)生變化，從而帶來電流失配損失，與正常組串的電流值拉開了距離，那么，組串的離散率自然也會(huì)升高。

圖3所示為山地電站某一天多臺(tái)組串逆變器的組串電流離散率趨勢(shì)圖，從圖中可知，上午和下午時(shí)段，太陽高度角較低，由于前后間距不足，局部組串前后產(chǎn)生陰影遮擋，被遮擋組串的電流發(fā)生嚴(yán)重下降，造成離散率升高;而到了中午11點(diǎn)到下午14點(diǎn)時(shí)段，此時(shí)太陽高度角較高，方陣前后沒有受到陰影遮擋影響，組串之間的電流正常，因此離散率也恢復(fù)了正常，維持在5%及以下的較好水平。

圖3 組串逆變器組串離散率變化(橫坐標(biāo)：時(shí)間，縱坐標(biāo)：離散率值)

提升措施：可對(duì)組串進(jìn)行相關(guān)技改，如之前坎德拉學(xué)院發(fā)布的關(guān)于接線方式技改的文章(小投入，大回報(bào)，組串接線改造提升電量實(shí)例);其次，存在發(fā)電差異的組串接入不同的MPPT，而在同一MPPT中，保證兩個(gè)組串具有相似或相同的發(fā)電性能。對(duì)于局部遮擋的組串，也可以使用功率優(yōu)化器降低損失。對(duì)于雜草遮擋問題，需要根據(jù)草木生產(chǎn)情況制定除草計(jì)劃，通過運(yùn)維及時(shí)消除草木遮擋影響。

案例2：組串低效

某屋頂分布式電站有66臺(tái)組串逆變器，通過平臺(tái)我們發(fā)現(xiàn)，其中有2臺(tái)逆變器的組串電流離散率較高，在10%以上，另有2臺(tái)逆變器運(yùn)行良好，離散率在8%和9%左右，該4臺(tái)逆變器相對(duì)于其他組串在當(dāng)天的各個(gè)時(shí)段離散率持續(xù)較高，而剩余逆變器的組串離散率平均在5%以下，處于非常穩(wěn)定的水平。參考圖4。

圖4 某分布式電站組串電流離散率實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

通過現(xiàn)場(chǎng)排查分析，該4臺(tái)逆變器各個(gè)組串支路的電流極差最大竟達(dá)到了2A，特別是在上午和中午時(shí)段(10:20-12:30)，現(xiàn)場(chǎng)也沒有發(fā)現(xiàn)任何遮擋物，因此可推測(cè)組串中組件可能存在一定的問題，一方面需要確認(rèn)數(shù)據(jù)的采集有沒有問題，如果通訊沒有問題，還需要對(duì)組件作進(jìn)一步的排查分析，比如，組件表面是否臟污、是否不同功率的組件混裝、組件玻璃面有無破裂或其他原因?qū)е碌墓β孰娏魉p等等。

圖5有待提高的逆變器在各個(gè)時(shí)段的離散率值

通過上面離散率數(shù)據(jù)我們可以得到哪些啟示呢?

山地光伏電站由于山地地勢(shì)復(fù)雜，存在東坡、西坡面和南坡面，不同的坡面可能坡度也不相同，造成組件布置的安裝朝向或傾角也不同，接入同一組串逆變器的各個(gè)支路電流也會(huì)有差異。在這種情況下，由于外界客觀因素導(dǎo)致的組串離散率偏低并不是屬于組串的本身問題，但是正是由于客觀因素的存在，也會(huì)掩蓋了組串本身的實(shí)際運(yùn)行情況。

由于安裝朝向和安裝傾角的不同，有些組串的組串離散率被外界客觀因素的干擾較小，而有些組串離散率被外界因素干擾的程度較大，因此后臺(tái)就無法有效地去鑒別低效組串，從而給運(yùn)維人員排查低效組串帶來困難，也加大了現(xiàn)場(chǎng)排查的工作量。

另外，由于前期設(shè)計(jì)和施工方面的原因，對(duì)于組串逆變器而言，其直流側(cè)輸入端可能存在空余組串的情況，空余的組串默認(rèn)為“0”，如果這些“不存在的數(shù)據(jù)”被采集納入信息化平臺(tái)，會(huì)造成組串離散率特別特別高，并且是持續(xù)性的偏高，會(huì)誤以為是組串問題，其實(shí)不然。因此對(duì)于智能化系統(tǒng)，如何通過算法，有效甄別組串?dāng)?shù)據(jù)的真實(shí)性并剔除異常數(shù)據(jù)，也是非常重要的。

基于山地電站的特殊情況，如上文所描述的組串安裝不一致、前后左右間距不足或其他非組串本身因素帶來的離散率異常問題在現(xiàn)實(shí)運(yùn)維中非常常見，所以這就提醒了我們?cè)谇捌谠O(shè)計(jì)和施工的時(shí)候需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的地形進(jìn)行踏勘，合理計(jì)算和布置前后左右的間距，并且充分考慮組件陰影遮擋的避讓范圍;對(duì)于草木生長茂盛的方陣區(qū)域，及時(shí)除草。

在日常運(yùn)維中，需要重點(diǎn)從外界因素和內(nèi)在因素兩方面重點(diǎn)來排查低效的組串，尋找合適的解決措施，通過線上和線下的精細(xì)化工作，逐步來降低組串電流的離散率，提高組串運(yùn)行的一致性。

文章來源：坎德拉學(xué)院