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隨著光伏行業(yè)的迅速發(fā)展，在光伏電站系統(tǒng)設(shè)計(jì) （尤其在大型工商業(yè)光伏電站和地面電站）中，如何降低組件和系統(tǒng)投資成本，提升光伏投資收益，成為光伏電站系統(tǒng)設(shè)計(jì)和優(yōu)化的重要目標(biāo)，在2019年推進(jìn)平價(jià)上網(wǎng)的光伏電站中，降低初始投資和降低度電成本，采取多種技術(shù)手段尤為重要。其中光伏電站中的容配比，優(yōu)化設(shè)計(jì)超配，成為最常用的和最為主要的降本增效的方式之一。
通常講的超配，主要是指直流側(cè)超配：光伏方陣的安裝容量與逆變器額定容量之比。在推進(jìn)平價(jià)上網(wǎng)的過(guò)程中，隨著光伏組件的價(jià)格快速降低，組件的超配更為有利，超配比也得到很大的提高。根據(jù)最新的行業(yè)觀點(diǎn)：我國(guó)一類(lèi)太陽(yáng)能資源地區(qū)，不宜超過(guò)1.2:1；二類(lèi)太陽(yáng)能資源地區(qū)，不宜超過(guò)1.4:1；三類(lèi)太陽(yáng)能資源地區(qū)，不宜超過(guò)1.8：1。具體地點(diǎn)和具體項(xiàng)目案例的容配比優(yōu)選，又與當(dāng)?shù)毓赓Y源情況、地理?xiàng)l件、設(shè)備選型、系統(tǒng)損耗、工程造價(jià)、上網(wǎng)電價(jià)、限發(fā)情況等各種因素有關(guān)，需要經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定。
光伏電站的超配，除常規(guī)的直流側(cè)超配外，還有交流側(cè)超配，光伏區(qū)逆變器的額定容量相對(duì)主變?nèi)萘康呐浔龋蛘邔?duì)于一個(gè)發(fā)電單元中組串逆變器額定容量相對(duì)該發(fā)電單元箱變?nèi)萘康呐浔取?
圖1 光伏電站超配分類(lèi)（非行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)分類(lèi)，僅供參考）
當(dāng)光伏電站超配后，由于逆變器交流側(cè)的輸出瓶頸限制，就會(huì)產(chǎn)生直流側(cè)限功率和主變側(cè)限功率，另一種并網(wǎng)點(diǎn)限功率則是由于調(diào)度要求或其他情況，并網(wǎng)點(diǎn)上網(wǎng)功率不能超過(guò)某功率或主變額定功率。
相關(guān)研究表明，適當(dāng)提高容配比是降低度電成本和提發(fā)電高收益的有效手段，但由于容配比提高就會(huì)存在超配損失和限發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)，因此并不是越高越好。當(dāng)我們?cè)趦?yōu)選容配比時(shí)，如何分析超配損失和限發(fā)損失呢？PVsyst軟件提供了幾種分析方法。
1、直流側(cè)超配損失
采用PVsyst對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行建模，概述如下：
（1） 建立項(xiàng)目地地點(diǎn)、氣象信息：輸入項(xiàng)目的經(jīng)緯度，海拔高度，等信息，獲取氣象數(shù)據(jù)。
（2） 做一個(gè)光伏系統(tǒng)：組件和逆變器設(shè)備選型、系統(tǒng)配置（容配比）、損失項(xiàng)設(shè)置，三維建模等。在損失項(xiàng)設(shè)置中，Ageing選項(xiàng)卡可以調(diào)整衰減及匹配損失設(shè)置，在設(shè)置模擬第N年。
（4） 直流側(cè)限功率損失可查看Inverter Loss Over Nominal Inv. Power對(duì)應(yīng)的損失項(xiàng)。
2、PVsyst限功率運(yùn)行逐年模擬
限功率運(yùn)行模擬方式，在PVsyst軟件有Energy manager，它有三個(gè)選項(xiàng)卡，其中第二項(xiàng)Grid power limitation，在模擬過(guò)程中應(yīng)用并網(wǎng)限功率模式，可以填入限制的功率值。其中功率限制點(diǎn)又有兩個(gè)選型，其一是在逆變器處，限制逆變器的輸出，注入電網(wǎng)的功率通過(guò)逆變器后定義的損耗（交流電纜、變壓器等）會(huì)進(jìn)一步降低。其二是在并網(wǎng)點(diǎn)處，限制并網(wǎng)點(diǎn)的上網(wǎng)功率，逆變器的輸出功率將更高一些用于來(lái)補(bǔ)償逆變器后的損失。該選項(xiàng)卡顯示限功率的數(shù)值、逆變器的容量、光伏組件的容量，給出了光伏組件容量和限功率的比值power ratio，如圖3。當(dāng)比值大于2:1時(shí)，軟件提示是不合理的配比。
在Grid power limitation中，取消限功率模擬，即按照正常模擬分析。通過(guò)調(diào)取8760個(gè)小時(shí)數(shù)據(jù)，分析篩選并網(wǎng)點(diǎn)功率超過(guò)設(shè)置功率的數(shù)據(jù)，可以統(tǒng)計(jì)和分析出逆變器超配損失情況以及并網(wǎng)點(diǎn)限發(fā)損失情況。逐小時(shí)數(shù)據(jù)分析，較為繁瑣，但便于分析過(guò)程信息。
4、PVsystAgeing Tool工具模擬
Advanced simulation模塊中，采用ageing tool工具，可代替逐年模擬的工作，一次性模擬25年或30年的發(fā)電量分析。首先設(shè)置的是模擬周期——smulation done every(years)每幾年模擬一次，其次是模擬年限——總的年數(shù)。量參數(shù)均可調(diào)，周期越短，即分析的數(shù)量越多，模擬用時(shí)越長(zhǎng)；總的年數(shù)越多，用時(shí)越多；選擇周期和總年數(shù)后，下面即顯示模擬的年數(shù)，可選擇是否生成報(bào)告和變量。模擬完成后，可在report中查閱25年或模擬年限中組件逐年衰減參數(shù)、每年發(fā)電量及PR值。若需查找逐年的超配損失數(shù)據(jù)，需查找逐年的report，此時(shí)需設(shè)置模擬周期為1年并生成report。
光伏電站的超配設(shè)計(jì)，可以有直流側(cè)超配、交流側(cè)超配以及交直流組合超配，以達(dá)到降低光伏電站的造價(jià)的目的。在棄光和限發(fā)損失方面，既有逆變器限發(fā)損失，也有按并網(wǎng)點(diǎn)最大功率限制的限發(fā)損失。本文基于PVsyst功能，介紹了幾種分析方法，是否限功率運(yùn)行分析，Ageing Tool和逐小時(shí)分析。
通常講的超配，主要是指直流側(cè)超配：光伏方陣的安裝容量與逆變器額定容量之比。在推進(jìn)平價(jià)上網(wǎng)的過(guò)程中，隨著光伏組件的價(jià)格快速降低，組件的超配更為有利，超配比也得到很大的提高。根據(jù)最新的行業(yè)觀點(diǎn)：我國(guó)一類(lèi)太陽(yáng)能資源地區(qū)，不宜超過(guò)1.2:1；二類(lèi)太陽(yáng)能資源地區(qū)，不宜超過(guò)1.4:1；三類(lèi)太陽(yáng)能資源地區(qū)，不宜超過(guò)1.8：1。具體地點(diǎn)和具體項(xiàng)目案例的容配比優(yōu)選，又與當(dāng)?shù)毓赓Y源情況、地理?xiàng)l件、設(shè)備選型、系統(tǒng)損耗、工程造價(jià)、上網(wǎng)電價(jià)、限發(fā)情況等各種因素有關(guān)，需要經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定。
光伏電站的超配，除常規(guī)的直流側(cè)超配外，還有交流側(cè)超配，光伏區(qū)逆變器的額定容量相對(duì)主變?nèi)萘康呐浔龋蛘邔?duì)于一個(gè)發(fā)電單元中組串逆變器額定容量相對(duì)該發(fā)電單元箱變?nèi)萘康呐浔取?
圖1 光伏電站超配分類(lèi)（非行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)分類(lèi)，僅供參考）
相關(guān)研究表明，適當(dāng)提高容配比是降低度電成本和提發(fā)電高收益的有效手段，但由于容配比提高就會(huì)存在超配損失和限發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)，因此并不是越高越好。當(dāng)我們?cè)趦?yōu)選容配比時(shí)，如何分析超配損失和限發(fā)損失呢？PVsyst軟件提供了幾種分析方法。
1、直流側(cè)超配損失
采用PVsyst對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行建模，概述如下：
（1） 建立項(xiàng)目地地點(diǎn)、氣象信息：輸入項(xiàng)目的經(jīng)緯度，海拔高度，等信息，獲取氣象數(shù)據(jù)。
（2） 做一個(gè)光伏系統(tǒng)：組件和逆變器設(shè)備選型、系統(tǒng)配置（容配比）、損失項(xiàng)設(shè)置，三維建模等。在損失項(xiàng)設(shè)置中，Ageing選項(xiàng)卡可以調(diào)整衰減及匹配損失設(shè)置，在設(shè)置模擬第N年。
圖2 Ageing選項(xiàng)卡設(shè)置
（3） 模擬運(yùn)行，讀取Report。（4） 直流側(cè)限功率損失可查看Inverter Loss Over Nominal Inv. Power對(duì)應(yīng)的損失項(xiàng)。
2、PVsyst限功率運(yùn)行逐年模擬
限功率運(yùn)行模擬方式，在PVsyst軟件有Energy manager，它有三個(gè)選項(xiàng)卡，其中第二項(xiàng)Grid power limitation，在模擬過(guò)程中應(yīng)用并網(wǎng)限功率模式，可以填入限制的功率值。其中功率限制點(diǎn)又有兩個(gè)選型，其一是在逆變器處，限制逆變器的輸出，注入電網(wǎng)的功率通過(guò)逆變器后定義的損耗（交流電纜、變壓器等）會(huì)進(jìn)一步降低。其二是在并網(wǎng)點(diǎn)處，限制并網(wǎng)點(diǎn)的上網(wǎng)功率，逆變器的輸出功率將更高一些用于來(lái)補(bǔ)償逆變器后的損失。該選項(xiàng)卡顯示限功率的數(shù)值、逆變器的容量、光伏組件的容量，給出了光伏組件容量和限功率的比值power ratio，如圖3。當(dāng)比值大于2:1時(shí)，軟件提示是不合理的配比。
圖3 以10MW案例限功率模式設(shè)置
分析每年限功率的情況，在Ageing中，依次選擇第N年模擬，查找report中能量流損失圖最后一項(xiàng)，即可看到因逆變器超配和并網(wǎng)點(diǎn)限電造成的發(fā)電量損失，如圖4。該分析方法雖然可以直觀的限電損失比，但缺點(diǎn)在于并網(wǎng)點(diǎn)只能設(shè)置恒功率限發(fā)，不能設(shè)置不同時(shí)間段的非恒功率限發(fā)。
圖4 逆變器超配和并網(wǎng)點(diǎn)限發(fā)損失示意圖（圖3 案例）
3、PVsyst逐年逐小時(shí)功率分析在Grid power limitation中，取消限功率模擬，即按照正常模擬分析。通過(guò)調(diào)取8760個(gè)小時(shí)數(shù)據(jù)，分析篩選并網(wǎng)點(diǎn)功率超過(guò)設(shè)置功率的數(shù)據(jù)，可以統(tǒng)計(jì)和分析出逆變器超配損失情況以及并網(wǎng)點(diǎn)限發(fā)損失情況。逐小時(shí)數(shù)據(jù)分析，較為繁瑣，但便于分析過(guò)程信息。
4、PVsystAgeing Tool工具模擬
Advanced simulation模塊中，采用ageing tool工具，可代替逐年模擬的工作，一次性模擬25年或30年的發(fā)電量分析。首先設(shè)置的是模擬周期——smulation done every(years)每幾年模擬一次，其次是模擬年限——總的年數(shù)。量參數(shù)均可調(diào)，周期越短，即分析的數(shù)量越多，模擬用時(shí)越長(zhǎng)；總的年數(shù)越多，用時(shí)越多；選擇周期和總年數(shù)后，下面即顯示模擬的年數(shù)，可選擇是否生成報(bào)告和變量。模擬完成后，可在report中查閱25年或模擬年限中組件逐年衰減參數(shù)、每年發(fā)電量及PR值。若需查找逐年的超配損失數(shù)據(jù)，需查找逐年的report，此時(shí)需設(shè)置模擬周期為1年并生成report。
圖5 Ageing Tool分析
5、總結(jié)光伏電站的超配設(shè)計(jì)，可以有直流側(cè)超配、交流側(cè)超配以及交直流組合超配，以達(dá)到降低光伏電站的造價(jià)的目的。在棄光和限發(fā)損失方面，既有逆變器限發(fā)損失，也有按并網(wǎng)點(diǎn)最大功率限制的限發(fā)損失。本文基于PVsyst功能，介紹了幾種分析方法，是否限功率運(yùn)行分析，Ageing Tool和逐小時(shí)分析。
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