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光伏EPC:工程、采购和施工最佳实践指南(七)——系统调试

 渐华 2022-09-14 发布于山东
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本文翻译至:Solar Power Europe: EPC Best Practice Guidelines V_2_0

系统调试是工程总承包服务服务商工作中最重要的阶段之一,因为它是结束施工期,并为光伏电站的商业运营做准备的阶段。项目的关键步骤包括性能和可靠性测试。

这些确保了光伏电站是按照国际标准和行业最佳实践来建造的,并符合与业主商定的要求、电网规范和保证的性能水平。

对所有单个组成元件进行测试,从检查组件功能到对整个系统进行更详细的测量和验证。成功调试和及时实现商业运行日期(COD)与合同中规定的里程碑付款的发放以及性能保函的发放相关。因此,合同清楚地描述完成工程总承包服务提供商的工作范围和移交给资产所有者和运维服务提供商团队所需的要求、标准、文档和报告是非常重要的。

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9.1. 试运行

机械竣工发生在最后施工阶段(见第8.2.7节机械竣工),这意味着作为光伏电站组成部分的所有主要组成元件均已安装或搭建。此时,工程总承包服务提供商通常会对工程进行详细检查,可能由业主或任何第三方代表(如技术顾问)陪同。

该选项应在涉及调试的工程总承包合同条款中明确说明(如果业主有意向使用的话)。在预调试下进行的活动应详细说明,并事先与资产所有者在特定文件中达成一致。
预调试活动属于施工阶段,主要与机电工程的最后步骤同时进行。在大型项目中,第一组已准备好进行预调试,而其他部分仍在安装中。

预调试阶段包括以下主要活动:

· 在不通电状态下对每个系统的每个部件进行系统合规性检查。
电器测试、线缆通电、仪表电路测试、断路器测试等。在预调试阶段中,作为最低要求,应进行以下测试:
·通过目视检查和正确接线来确保组件的机械完整性。热像分析(通过无人机)可以作为一个最佳实践添加在这个阶段。
·已安装系统的标称电力验证为所有已安装组件在STC的标称电力之和。
·验证所有辅助设施能正确运行(消防系统、防鼠、变压器强制通风、感温器、UPS系统和相关存储系统、照明系统等)。
·控制所有的输入信号进入SCADA 系统。
·验证屋内辅助服务的所有电力供应。
·调试UPS系统和相关存储系统,SCADA 系统以及气象站和环境传感器。 ·验证所有设备的IP地址。
·设置设备上的所有警报阈值。
·验证所有串的正确极性和电气连续性。
·检查所有电气连接。
·接地系统地完成和功能验证。

在执行预调试活动后,工厂将准备进行通电和调试活动。
通常,使用涵盖所有组成元件和零件的详细检查表,以确保没有任何东西遗漏或不完整。

通过以下项目对工程进行彻底检查:

  1. 逆变器
  2. 2. 组件
  3. 基础
  4. 4. 光伏组件安装结构
  5. LV和MV布线
  6. 变压器
  7. 变电站的保护、配电中心和开关装置
  8. 汇流箱
  9. 土建工程
  10. 10. 中低电压安装工程
  11. 监测和安全系统

最后,应将检查表提供给业主及其顾问,并汇编提供一份最初施工的缺陷清单(通常称为“查核清单”或“障碍清单”)。

建议根据业主或其顾问的要求,对工程总承包服务提供商清单进行复核,并提供自己的观察结果和待添加项目。该查核清单应仅包括较小的收尾工程,其成本通常相当于总合同价值的一小部分。

合同还需要规定纠正查核清单事项的时限,以及如果查核清单事项仍未解决,授予临时验收的条件。

一旦业主代表发布竣工查核清单后,他们需要与工程总承包服务提供商会面,以商定每个项目的具体解决方案,并确定是否有任何项目存在争议。

如第8.2.7节所述,机械完工允许开始进一步的试验活动。在大型项目中,由于工厂的不同部分处于不同的施工阶段,因此通常是分批进行的,并随着时间的推移而延迟。

9.2. 调试、离网和并网试验

9.2.1. 调试活动

调试活动包括对通电电气系统进行的运行检查和测试。作为启动计划的一部分,在开始机械竣工和预调试活动之前,双方必须就测试协议达成一致。

测试协议必须遵守合同中包含的所有要求,其基本内容应包括:

·目视检查结果和相关检查表
·测试方法
·用于测试的仪器
·测试程序
·测试条件
·测试数据
·预调试和调试测试的结果
·为关键组成元件(逆变器、变压器等)发布的启动协议

该测试的目的是验证和证明工厂的建设是专业的,是根据事先确定的技术规定,并符合项目和任何批准的变体。

在电站通电之前,应按照参考 IEC 62446:《并网光伏系统》进行一系列功能测试和测量。对所有电气调试的系统文档、调试测试和检查的最低要求。

测试程序应在开始测试前移交给业主,这在工程总承包合同中通常有规定。这使业主或顾问可以在实施之前审查和评论测试程序。

在调试阶段结束时,工程总承包服务提供商向资产所有者提交测试协议,总结预调试和调试测试的结果。

应对所有系统进行以下试验。任何指示故障的测试都应导致组成元件的默认纠正和重新测试。

关于交流类,所有交流电路,包括从逆变器到变压器的交流线缆、变压器本身和主中压开关设备,都应按照 IEC 60364-6 的要求进行测试。

关于直流类,对构成光伏阵列的直流电路和组成元件应该进行以下测试:

·接地和/或等电位连接导体(如安装)的连续性
·极性测试
·汇流箱测试
·串开路电压测试
·串电路电流测试(短路或运行)
·功能测试
·直流电路的绝缘电阻
一些扩展测试,不是强制性的,但通常包括在工程总承包服务提供商承包商范围内,以确保最佳的系统性能和可靠性:
·在选定的样品上进行串联I-V曲线测量(在500 W/㎡的情况下,占工厂的10%)

对需要最低辐照度的测试,采取务实的方法是一种最佳做法。串测试和热成像应在高于某些最低辐照度的条件下进行。在较低的水平执行这些操作将降低结果的价值。如有必要,一些试验可能需要推迟到旺季才有效。

除上述电气测试外,应根据制造商的指南和行业最佳实践对所有其他设备进行测试,以确保其在光伏电站通电前正常工作。所有其他设备和材料包括:

·气象站和监测系统
·低电压安装、土建工程和中电压安装
·安全系统和网络安全系统
·卫生系统
·消防系统

9.2.2. 离网试验

首先进行的测试是极性和组合器测试,需要在所有串仍断开连接时进行。

电网离网测试应包括根据 IEC 62446测量组件串100%的开路电压(VOC)和短路电流(ISC)。在开始测试之前,业主必须确认工程总承包服务提供商使用的测量设备是否足够(测量不确定度、校准等)。

工程总承包服务提供商将以Excel文件的数字形式提供包含所有串的测量结果的报告。

如果测试串上的所有VOC串都在组件数据表得出的预期值的5%以内,则通过VOC测试。请注意,大多数情况下,理论值应根据测量时记录的实际温度进行调整,因为实际温度可能与STC(25摄氏度)相差甚远。

常用公式为:

开路电压测试公式:

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其中Vth是串的理论开路电压,计算如下:
Vth计算如下:

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其中:
·n=被测字符串的组件数。
·VOC =是组件制造商数据表中组件的开路电压 [V]。
·TMOD=表示受测串上代表性组件上记录的温度 [°C],测量精度大于1%。
·TSTC=标准试验条件下的温度,等于25摄氏度。
·μVOC=是组件制造商数据表中的电力温度系数值[%/°C]。负值。
如果测试字符串上的所有Isc字符串满足以下条件,则Isc测试通过:
如果满足以下条件,则通过Isc测试:

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其中:
·ISC=是组件制造商数据表中的组件短路电流。
·Gi=被测组件柱串阵列面上的瞬时辐照度【W/m2】,用日射强度计测量,最大不确定度为2%。
·GSTC为标准测试条件下的辐照量,等于1,000 W/m2。

需要注意的是,短路电流测试并非旨在检测系统性能不佳,而仅用于检测组串布线中的故障。

一旦完成电站所有部分的调试阶段并发布协议测试,资产所有者将发布电站准备启动(RFSU)证书,然后即可开始并网性能和功能测试。

9.2.3. 并网试验

一旦成功执行了上述离网测试,光伏电站就可以在与电网互连点的逆变器级和主开关设备级通电。工程总承包服务提供商应证明整个系统和设备的运行符合:

·设备制造商规格,特别是逆变器、变压器和中压设备
·应作为工程总承包合同附件的并网协议,或至少是其关于测试和调试规范的技术附件
·工程总承包合同中规定的规范
·任何相关的适用标准,主要是 IEC 61727和当地电网规范

逆变器和变压器应由制造商或制造商的授权代表按照制造商规定的程序进行调试。调试报告应以制造商提供的格式发布。

所有 SCADA 系统设备应按照制造商规定的程序进行调试和测试。测试应验证 SCADA 系统、仪表、传感器、气象站仪器和所有逆变器的正确操作,同时验证来自追踪器(如果有)、断路器和系统监控的其他组成元件的正确数据输入记录。SCADA 系统应完全可远程访问。应提供SCADA系统调试协议或报告。

通电前,工程总承包服务提供商应验证变电站的完整性和所有组成元件的正确安装。应对变电站进行详细检查。应进行光伏电站变电站接入电网系统的测试和调试,包括但不限于:

·中压设备
·控制和监测系统
·保护系统
·电信系统
·计量装置
·辅助供应商设备和备用设备(UPS、柴油机等)

在一些国家,是否符合电网规范和当地安全标准需要由独立机构进行验证,并向电网运营商提供允许电力注入的证书。这些符合性测试也可由电网运营商自己进行。

9.3. 临时验收证明书

在获得临时验收之前,通常的做法是进行组件热成像,使用空中检查作为最佳做法。根据 IEC 62446-3:2017,在这一阶段应进行100%的组件热成像。本检查确定的问题需要解决,以通过PAC。这些检查和生成的报告应构成移交文件的一部分。

临时验收阶段标志着施工工程和工程总承包服务提供商义务的结束。这意味着资产所有者在对工程进行有条件验收。这将触发两年的标准保证期,在此期间,工程总承包服务提供商必须保证合同中规定的光伏电站的最低性能水平。在此阶段,工厂也将移交给业主和运维服务提供商,后者可能与工程总承包服务提供商是同一家公司或是第三方。

签发PAC的条件可能因合同而异,但关键要素如下:

·所有调试测试均已成功完成,包括机械竣工、并网和工厂通电。
·确定了非关键性查核清单项目,并提供了签名供更正。剩余工作的价值不超过合同价格的一定比例(通常为2-5%)。
·已通过临时验收性能测试(PR但在某些情况下还进行了功能和容量测试)。
·所有设备和分包商的保证责任转移到业主。

工程总承包服务提供商已经向业主提供了初始或最低的备件库存,如合同中所定义(另请参见第10.6节战略备件仓库的设置)。

·所有竣工文件均已提供给业主(另请参阅第6.4节竣工设计)。
·已对运维服务提供商的团队进行培训,并发布相关的运维手册。
·工程总承包服务提供商已支付与性能或延迟相关的违约金 (LD)。
·任何工程总承包保证期内要求的性能保函或质量保函均已交付给业主。

本PAC由资产所有者签署,如果合同有规定,也可由独立顾问确认和签署。

9.3.1. 性能比试验

在功能测试之后,光伏系统在能量和电力方面的性能,在开车阶段进行评估。为了在临时验收阶段验证光伏电站的性能,PR测试在有限的时间内进行,并与基于模拟设置的保证PR进行比较。

PR测试的持续时间通常为7至15天,具体取决于合同。从业主的角度来看,建议使用尽可能长的测试时间,因为这有助于检查各种气候条件下的性能,并便于与模拟值进行比较。

通常,测试期间需要满足有关天气条件和设备可用性的最低要求,例如:

·特定天数(例如,15天中的8天,辐照度大于5千瓦时/平方米/天)的日值最小辐照度阈值,应根据试验季节和项目位置的具体条件进行调整。
·单日连续小时的最低辐照度阈值(例如,在15天的测试期内,连续8天至少连续3小时的辐照度超过500 W/m²),也要根据季节和项目地点来调整。 ·辐照度超过某个阈值的总测试小时数(例如,在15天内至少20小时500W/㎡)。
·至少在逆变器级别的测试期间,可用性应该是100%。电网的可用性也应为100%。监测控制和环境监测系统还必须保证在整个测试期间数据100%的可用性。

如果在试验期内未能满足上述条件,则通常将试验期延长至满足为止。应务实地设定条件,并可能进行调整,以避免拖延PAC,并导致谈判困难和各方之间的不信任。应考虑每年的时间,以避免不切实际的阈值。

性能测试最好在春季进行,这时由于天气条件较好,性能达到顶峰。与模拟值相比,恶劣的天气条件会使性能受到不利影响(夏季高温度、冬季背光或低辐照度)。

如果试验的连续性因与电站或其部件相关的故障或事件而中断,则试验将暂停并从头开始。

如果中断不是因工程总承包服务提供商造成的,则测试将暂停,并在中断结束时恢复。

PR的计算基于数学定义公式,但各参数可能有所不同,且在不同的合同中各有其规格。检查公式与输入值定义和测量规则的一致性很重要。
性能比定义为:

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其中:
PR =一年中的性能比 (%)
Yf =一年内的发电量,以 (kWh/kWp) 或峰值日照时数 (h) 表示
Yr =一年内的参考发电量,以 (kWh/kWp) 或峰值日照时数 (h) 表示
这些定义基于(Woyte 等人, 2014年),符合 IEC 61724-1:2017,是常见惯例。

对于位于高温和温度变化大的区域的项目,需要实施温度校正的PR方法,以考虑天气影响。

温度校正后的PR定义如下:

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对于位于高温和温度变化大的区域的项目,需要实施温度校正的PR方法,以考虑天气影响。
温度校正后的PR定义如下:

其中:
PRTO (i) =周期i的温度校正性能比率(%)
Yf (i) =周期i的电站特定发电量,以(kWh/kWp)或峰值日照时数(h)表示
Yr(i)=周期i的参考产量,以(kWh/kWp)或峰值日照时数(h)表示
β=已安装组件的温度系数 (%/°C)
P0 =电站峰值直流电力(标称电力)(kWp)
TMOD(i)=周期i内的平均组件温度,根据特定发电量Yf(j)(°C)加权——见下式。

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TMOD (i) =见上文
Yf (j) =周期j的电站特定发电量,表示为(kWh/kWp)或
高峰日照时数 (h)
TMOD(j)=周期j的组件温度 (°C)

最后,在模拟施工前发电量评估的基础上,将测量的PR与保证值进行了比较。工程总承包服务提供商通常使用模拟值和保证值之间的缓冲值。确保设计参考良率已更新,以反映项目期间所做的任何更改,这一点很重要。

更具体地说,应检查内部和自遮蔽系数的准确性。临时验收时的保证PR应作为年度模拟的月度明细表呈现,以确保与试验期间测量的PR进行准确比较。鉴于测试持续时间短,临时验收时的保证PR仅用作业主“接管”的验证标准。

它通常不会触发性能违约赔偿金,因为它们与年度PR测试结果相关。如果PR低于保证阈值,则可采取纠正措施,并重复试验。

一旦满足PR标准和任何其他要求,则发布PAC。项目进入移交阶段,这是运营阶段和运维活动的开始。

9.3.2. 其他试验

在某些合同中,可以在临时验收阶段执行补充测试。这些测试可以反映电力购买协议(PPA)中能源承购方的要求,无论系统是否正常运行,或仅用作附加的质量保证措施。

为了证明项目能够发挥最大能力,可以进行可靠性测试。这意味着项目必须在一定时期内(例如,连续7天或连续100小时)没有明显的系统故障。

此外,此段时长必须证明该项目可以在一定时间内运行,而不会出现逆变器故障或停机,交流和直流设备完全可用,并且串或跟踪系统故障低于某个阈值(通常为2%)(如果有的话)。如果发生系统故障或失灵,工程总承包服务提供商应采取纠正措施,并在第二天重新启动可靠性测试。

此外,可能需要进行容量测试,以证明装机容量可以达到向承购商承诺的水平。这通常基于工厂的直流容量,根据已安装光伏组件的峰值电力计算得出,如制造商数据表中所述。或者,这是根据制造商在装运时提供的光伏组件闪光测试的峰值功率总和计算得出的。这些值必须由独立的第三方签署。

9.3.3. 电站开始商业运营

完成上述部分中描述的所有性能测试后,资产所有者将发布PAC并开始商业生产(商业运营日期)。

为确保顺利高效地移交运营活动,资产所有者应提前参与到调试阶段和性能测试中。在开发和工程设计阶段,让资产所有者的运营职能部门参与进来也是一种最佳做法,这样也可以考虑运维的角度。

全面而详细的竣工文件(附录F)、手册和程序(运维最佳实践指南的附件C“光伏产品电站配套文件”)应成为培训内容的一部分。有关移交给专业运维服务提供商的更多信息,请参阅第10章:移交至运维。

9.4. 中期和最终验收证明书

从接管阶段开始到缺陷通知期之间有 24 个月的标准持续时间(取决于工程总承包合同)。工程总承包服务提供商通常负责运维和纠正在此期间可能发现的任何缺陷。但是,这可能因市场而异。在此期间,在保证PR的基础上,性能保证仍然有效,并且每年可以进行审查。

年度PR测试对于检查光伏电站性能至关重要,因为它们不存在季节性偏差。对于较小规模的项目,此缺陷通知期可缩短至12个月。始终建议至少进行一整年的PR验证。

计算方法不同于临时验收,应基于长期PR测试。应调整保证性能比,以考虑第一年和第二年运行期间的组件退化。如果测得的PR高于保证值的预期阈值,则签发相应的中间和最终验收证书。

业主随后可以签发性能证书,并解除工程总承包服务提供商的性能保证金。该性能证书使业主完全接受光伏电站,并解除承包商的义务。

被保证的PR(也就是被保证的能量)考虑电站停工期间造成的任何非生产事件。业主和工程总承包服务提供商可能同意,并在工程总承包合同中规定,不考虑某些特殊事件。

一般来说,排除某些超出工程总承包服务提供商控制范围的事件(例如,故意破坏、输电系统运营商强制停止工厂)和不可抗力事件是合理的。

工程总承包合同应包括实际性能低于保证性能的情况的处理规定。这些规定一般都包含在处罚条款中。

当实际性能低于保证履行性能时,工程总承包服务提供商应:
· 进行所有必要的干预以确保实现有保证的工艺参数
· 清算生产损失(从PAC到最终验收测试期间的实际生产和理论生产之间的差异)和电站剩余使用寿命的预期生产损失估计

如果测量的PR低于保证水平,工程总承包服务提供商应向业主支付一定金额性能违约赔偿金 (LD) (见第12.5章责任限制和违约赔偿金),以补偿收入损失。

在中间验收阶段,LD基于光伏电站的生产缺口和售电价格。在最终验收阶段,还对LD进行校准,以反映整个项目生命周期或电力购买协议期限内预期的收入损失。

这通常计算为与 PR 缺口相关的未来收入缺口的净现值。以下是最终验收时附加LD的示例公式:
未来收益的NPV
(最终验收证书的LD公式):

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其中:
·Rf=在成功完成最终验收测试后的18年期间,预计由工厂生产的电力所产生的未来收入的净现值。
·j=年份指数,从1开始增加1直到18(如果寿命为20年)。
·HPOA=组件平面上的年度预期辐照度,在施工前能量产量评估 (P50) 中估计并由独立第三方验证。
·PSTC=根据kWp中的数据表,在标准测量条件下安装组件的峰值标称额定电力。
· PRj=成功完成中间验收试验和最终验收试验期间的有效PR,并在最终验收后每第j年进行调整,以允许组件降级。
· PRj保障=最终验收后对每第j年保障的PR进行调整,以允许组件降级。
· GSTC =照射在 STC 上的全球辐射 (1 kW/m2)。

最终验收阶段的其他要求应包括检查整个电站,包括土建工程、电力基础设施、安装的每件设备和装置以及辅助系统,以验证工程总承包服务提供商使电站处于最佳状态。理想情况下,这应该在业主和独立第三方(技术顾问)在场的情况下完成。必须解决所有存在的缺陷才能获得最终验收证书(FAC)。

还可以按照运维合同要求补充备件,以确保两个服务提供者顺利交接。

此外,最好在 PAC 和最终验收证书期间进行空中检查,以此作为最佳实践,对所有组件进行进一步测试,如重复组件热成像。这是为了确保所发现的任何问题都能在最终验收日期之前得到解决。它将能够识别任何早期退化问题。这些活动可包含在工程总承包服务提供商的范围内,或由业主自费负责。

最终验收测试后,业主应签发最终验收证书并接收工厂的全部责任。

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