王丹丹

安科瑞電氣股份有限公司  上海嘉定     201801

   摘要：文章在對目前光伏電站中應用智能運維技術(shù)的現(xiàn)狀進行介紹之后，分析此智能運維技術(shù)在光伏電站中應用的重要作用，并分析此技術(shù)應用對于光伏電站未來發(fā)展所起到的作用以及未來發(fā)展方向。

   關鍵詞：光伏電站；智能運維技術(shù)；光伏運維云平臺；分布式光伏

引言

   近年來隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們對于電能的需求在快速增長，同時由于環(huán)境治理形式更加嚴峻以及能源危機日益嚴重，我國也加大了對光伏電站等新能源電站的建設力度，表現(xiàn)出光伏電站數(shù)量的不斷增多以及建設規(guī)模的不斷擴大。同時隨著光伏發(fā)電技術(shù)的不斷進步，在提高光伏電站發(fā)電量的同時，也推動了光伏智能運維技術(shù)的發(fā)展和應用。文章就針對此技術(shù)的應用現(xiàn)狀和相應的管理技術(shù)及其發(fā)展方向進行簡要分析。

1、智能運維技術(shù)現(xiàn)狀分析

   在目前的光伏電站中，通常是通過一套功能相對較弱的局部監(jiān)測系統(tǒng)的配置來滿足光伏監(jiān)測的要求，但是此種監(jiān)測方案只可以實現(xiàn)對光伏電站的單獨監(jiān)控，而無法實現(xiàn)將電站投資和建設的所有信息向集團投資者及時提供。而且在此種方案下，還會造成電站運行統(tǒng)計數(shù)據(jù)不全面的問題，將這些數(shù)據(jù)通過電子文檔的方式向管理者提交時，也會造成管理者無法直觀分析數(shù)據(jù)的問題。此外，上述監(jiān)控系統(tǒng)的運行中，針對電站運行中的故障信息也難以及時和準確的發(fā)現(xiàn)，這就需要運維人員在本地監(jiān)控平臺上進行電站故障信息的讀取和申報，此種方式不僅具有較大的人工勞動量和較高的人工成本，而且還會造成故障響應速度過慢而影響系統(tǒng)正常運行的問題。尤其是針對通常建設在偏僻地區(qū)的光伏電站來說，在運行中還容易由于運維人員經(jīng)驗不足以及操作不規(guī)范而導致出現(xiàn)安全事故等問題。

   針對上述光伏電站的監(jiān)測現(xiàn)狀，結(jié)合目前先進的大數(shù)據(jù)、云存儲以及網(wǎng)絡技術(shù)、計算機技術(shù)等在光伏運維云平臺上搭建起光伏電站運維管理系統(tǒng)，在光伏電站的管理終端中應用上述系統(tǒng)，可以通過100GW+電站接入來實現(xiàn)對所有電站的集中管控。此外，通過此管理系統(tǒng)的應用，可以確保在完整的管理平臺上開展電力設備的管理工作，保證此工作的規(guī)范性，而且還可以在此平臺上進行規(guī)范化的操作和維修團隊的構(gòu)建和發(fā)展，實現(xiàn)電站運行效率的提升以及運行成本的降低。同時，通過此系統(tǒng)的應用還可以提升電力設備資產(chǎn)管理的透明度，實現(xiàn)對發(fā)電站地位的實時控制，在深入挖掘電站運行數(shù)據(jù)的同時，作為決策的重要依據(jù)，推動光伏電站資產(chǎn)價值的提升。

2、智能運維管理技術(shù)分析

   在光伏電站中應用智能運維管理技術(shù)，可以在電站運行中，從時間、空間、設備等多個維度上開展監(jiān)控工作，重點是可以開展維護、管理、分析、判斷以及評價和報警等管理工作，而且在上述分析時重點以光伏電站的績效評價指標來開展。具體地說，通過此技術(shù)的應用，一是可以對光伏電站的建設質(zhì)量進行判斷，重點是分析判斷其建設質(zhì)量是否滿足標準以及設計要求。二是可以對電站運行中的隱患進行自動檢測并確保及時發(fā)現(xiàn)，將檢測結(jié)果進行匯總向業(yè)主及時進行報告，而且在此結(jié)果的基礎上來對故障的類型和位置進行分析和確定。三是通過此技術(shù)所獲取的數(shù)據(jù)，還可以結(jié)合地理環(huán)境和氣候特點來對發(fā)電量進行預測，然后在預測結(jié)果基礎上來對較佳的阻塞程度和耐受性的除塵方法進行確定，較大化地縮短經(jīng)濟周期以及降低成本，實現(xiàn)收益的提升。四是將此技術(shù)與未來的網(wǎng)絡信息共享進行結(jié)合，在綜合分析電站信息以及氣象數(shù)值預報數(shù)據(jù)的基礎上，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)、云計算等技術(shù)來預測局部瞬時功率以及未來時間的發(fā)電量，實現(xiàn)能量調(diào)度精細化程度的提升。五是通過此技術(shù)來向運行、檢修以及管理人員提供更為完整的數(shù)據(jù)和差異化、便捷的服務。六是通過此技術(shù)提供的數(shù)據(jù)，便于后續(xù)開展光伏電站的設計建設、設備的規(guī)劃以及新設備的接入，同時也為系統(tǒng)和設備的維護、更新以及故障早期預判等提供依據(jù)。

3、智能運維技術(shù)的發(fā)展方向

   物聯(lián)網(wǎng)是因為它可以建立物與物之間的連接，并在基本的Internet框架中共享和擴展信息。因此，可以不受限制地在終端操作中建造和使用設備和設施，并且可以以自動化的方式執(zhí)行相關操作。訂單下達以及參數(shù)分析和處理。它在分析電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和較大程度的剃刮方面具有很大的技術(shù)優(yōu)勢。以多設備智能為代表的智能物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡系統(tǒng)也在逐步建立。這些將在下面分別討論。

3.1針對智能電網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)

   輸變電設備須對運行狀態(tài)進行實時檢查并對相關關鍵組件進行壽命測試。其中，智能和自動化的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)框架的使用可以持續(xù)依賴計算機技術(shù)的更新和相應物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的改進，從而在長期發(fā)展的基礎上騰飛智能網(wǎng)絡的功能。

3.2在輸變電設備狀態(tài)中的運用

   輔助鏈路中傳輸和電力變換設備的狀態(tài)檢測以及相關的維護工作主要是基于感知層來完成相應的程序。其中，在塔和其他設備中實現(xiàn)并安裝了不同類型和類型的傳感器。收集當前傳輸線不同工作條件下的特征參數(shù)，并通過實時傳輸進行網(wǎng)絡注冊和分析。根據(jù)作者的意見，相關輸電線路的在線監(jiān)測業(yè)務已經(jīng)能夠編制高海拔準時參數(shù)，例如風向偏差監(jiān)測，圖像和視頻監(jiān)測以及微氣象監(jiān)測。

   目前，電源主要依靠太陽能，其他研究機構(gòu)對高壓電磁能的提取進行了研究，發(fā)現(xiàn)效果不理想。因此，有必要從新的角度出發(fā)，提高高溫和低溫下的能量存儲容量，并優(yōu)化電源模式以提高整個系統(tǒng)的電源容量。其次，監(jiān)視變壓器設備的狀況。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與變電站配置中的智能兼容，因此，在實際應用水平上，應以電廠的智能運維為指導，并在此基礎上進行推廣。成本可控，操作維護方便。感知層主要反映在過程層中，因此應用層須對應于工作站的控制層。

3.3輸變電設備全壽命的周期管理

   基于長期利益，基于多種因素的資產(chǎn)計劃和設計將基于實現(xiàn)經(jīng)濟利益而減少資產(chǎn)生命周期的成本。電網(wǎng)資產(chǎn)的生命周期管理是為了實現(xiàn)安全管理，因此實現(xiàn)資產(chǎn)管理的結(jié)合。根據(jù)中國的基本國情，分析了工業(yè)市場中電網(wǎng)公司的技術(shù)和市場特征。通過不斷總結(jié)實踐管理經(jīng)驗，以滿足新的發(fā)展需求。此外，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的使用還可以監(jiān)視能源設備的全景狀態(tài)信息，并關聯(lián)其屬性以評估其使用壽命，從而為其周期成本和其他條件提供較有效的輔助功能。同時，您還可以有效地關聯(lián)能源資產(chǎn)的生命周期，從而提高設備診斷過程的真實性和準確性。它還有利于科學管理的制造和安裝階段。

   在實際應用中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以收集有關變電站設備的各種信息，包括環(huán)境和測試。通過統(tǒng)計科學方法，分析了設備的現(xiàn)狀和未來發(fā)展因素，以形成基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的設備風險評估方法。通過使用新的傳感器和其他技術(shù)手段，結(jié)合能量傳輸和轉(zhuǎn)換設備的狀態(tài)特性，結(jié)合一定的理論數(shù)據(jù)，形成了有效的評估方法，并建立了完整的文件。

4、安科瑞分布式光伏運維云平臺介紹

4.1概述

          AcrelCloud-1200分布式光伏運維云平臺通過監(jiān)測光伏站點的逆變器設備，氣象設備以及攝像頭設備、幫助用戶管理分散在各地的光伏站點。主要功能包括：站點監(jiān)測，逆變器監(jiān)測，發(fā)電統(tǒng)計，逆變器一次圖，操作日志，告警信息，環(huán)境監(jiān)測，設備檔案，運維管理，角色管理。用戶可通過WEB端以及APP端訪問平臺，及時掌握光伏發(fā)電效率和發(fā)電收益。

4.2應用場所

   目前我國的兩種分布式應用場景分別是：廣大農(nóng)村屋頂?shù)膽粲霉夥凸ど虡I(yè)企業(yè)屋頂光伏，這兩類分布式光伏電站今年都發(fā)展迅速。

4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

   在光伏變電站安裝逆變器、以及多功能電力計量儀表，通過網(wǎng)關將采集的數(shù)據(jù)上傳至服務器，并將數(shù)據(jù)進行集中存儲管理。用戶可以通過PC訪問平臺，及時獲取分布式光伏電站的運行情況以及各逆變器運行狀況。平臺整體結(jié)構(gòu)如圖所示。

4.4系統(tǒng)功能

          AcrelCloud-1200分布式光伏運維云平臺軟件采用B/S架構(gòu)，任何具備權(quán)限的用戶都可以通過WEB瀏覽器根據(jù)權(quán)限范圍監(jiān)視分布在區(qū)域內(nèi)各建筑的光伏電站的運行狀態(tài)（如電站地理分布、電站信息、逆變器狀態(tài)、發(fā)電功率曲線、是否并網(wǎng)、當前發(fā)電量、總發(fā)電量等信息）。

4.4.1光伏發(fā)電

4.4.1.1綜合看板

●顯示所有光伏電站的數(shù)量，裝機容量，實時發(fā)電功率。

●累計日、月、年發(fā)電量及發(fā)電收益。

●累計社會效益。

●柱狀圖展示月發(fā)電量

4.4.1.2電站狀態(tài)

●電站狀態(tài)展示當前光伏電站發(fā)電功率，補貼電價，峰值功率等基本參數(shù)。

●統(tǒng)計當前光伏電站的日、月、年發(fā)電量及發(fā)電收益。

●攝像頭實時監(jiān)測現(xiàn)場環(huán)境，并且接入輻照度、溫濕度、風速等環(huán)境參數(shù)。

●顯示當前光伏電站逆變器接入數(shù)量及基本參數(shù)。

4.4.1.3逆變器狀態(tài)

●逆變器基本參數(shù)顯示。

●日、月、年發(fā)電量及發(fā)電收益顯示。

●通過曲線圖顯示逆變器功率、環(huán)境輻照度曲線。

●直流側(cè)電壓電流查詢。

●交流電壓、電流、有功功率、頻率、功率因數(shù)查詢。

4.4.1.4電站發(fā)電統(tǒng)計

●展示所選電站的時、日、月、年發(fā)電量統(tǒng)計報表。

4.4.1.5逆變器發(fā)電統(tǒng)計

●展示所選逆變器的時、日、月、年發(fā)電量統(tǒng)計報表

4.4.1.6配電圖

●實時展示逆變器交、直流側(cè)的數(shù)據(jù)。

●展示當前逆變器接入組件數(shù)量。

●展示當前輻照度、溫濕度、風速等環(huán)境參數(shù)。

●展示逆變器型號及廠商。

4.4.1.7逆變器曲線分析

●展示交、直流側(cè)電壓、功率、輻照度、溫度曲線。

4.4.2事件記錄

●操作日志：用戶登錄情況查詢。

●短信日志：查詢短信推送時間、內(nèi)容、發(fā)送結(jié)果、回復等。

●平臺運行日志：查看儀表、網(wǎng)關離線狀況。

●報警信息：將報警分進行分級處理，記錄報警內(nèi)容，發(fā)生時間以及確認狀態(tài)。

4.4.3運行環(huán)境

●視頻監(jiān)控：通過安裝在現(xiàn)場的視頻攝像頭，可以實時監(jiān)視光伏站運行情況。對于有硬件條件的攝像頭，還支持錄像回放以及云臺控制功能。

4.5系統(tǒng)硬件配置

4.5.1交流220V并網(wǎng)

   交流220V并網(wǎng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)多用于居民屋頂光伏發(fā)電，裝機功率在8kW左右。

   部分小型光伏電站為自發(fā)自用，余電不上網(wǎng)模式，這種類型的光伏電站需要安裝防逆流保護裝置，避免往電網(wǎng)輸送電能。光伏電站規(guī)模較小，而且比較分散，對于光伏電站的管理者來說，通過云平臺來管理此類光伏電站非常有必要，安科瑞在這類光伏電站提供的解決方案包括以下方面：

4.5.2交流380V并網(wǎng)

   根據(jù)國家電網(wǎng)Q/GDW1480-2015《分布式電源接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》，8kW~400kW可380V并網(wǎng)，超出400kW的光伏電站視情況也可以采用多點380V并網(wǎng)，以當?shù)仉娏Σ块T的審批意見為準。這類分布式光伏多為工商業(yè)企業(yè)屋頂光伏，自發(fā)自用，余電上網(wǎng)。分布式光伏接入配電網(wǎng)前，應明確計量點，計量點設置除應考慮產(chǎn)權(quán)分界點外，還應考慮分布式電源出口與用戶自用電線路處。每個計量點均應裝設雙向電能計量裝置，其設備配置和技術(shù)要求符合DL/T448的相關規(guī)定，以及相關標準、規(guī)程要求。電能表采用智能電能表，技術(shù)性能應滿足國家電網(wǎng)公司關于智能電能表的相關標準。用于結(jié)算和考核的分布式電源計量裝置，應安裝采集設備，接入用電信息采集系統(tǒng)，實現(xiàn)用電信息的遠程自動采集。

   光伏陣列接入組串式光伏逆變器，或者通過匯流箱接入逆變器，然后接入企業(yè)380V電網(wǎng)，實現(xiàn)自發(fā)自用，余電上網(wǎng)。在380V并網(wǎng)點前需要安裝計量電表用于計量光伏發(fā)電量，同時在企業(yè)電網(wǎng)和公共電網(wǎng)連接處也需要安裝雙向計量電表，用于計量企業(yè)上網(wǎng)電量，數(shù)據(jù)均應上傳供電部門用電信息采集系統(tǒng)，用于光伏發(fā)電補貼和上網(wǎng)電量結(jié)算。

   部分光伏電站并網(wǎng)點需要監(jiān)測并網(wǎng)點電能質(zhì)量，包括電源頻率、電源電壓的大小、電壓不平衡、電壓驟升/驟降/中斷、快速電壓變化、諧波/間諧波THD、閃變等，需要安裝單獨的電能質(zhì)量監(jiān)測裝置。部分光伏電站為自發(fā)自用，余電不上網(wǎng)模式，這種類型的光伏電站需要安裝防逆流保護裝置，避免往電網(wǎng)輸送電能，系統(tǒng)圖如下。

   這種并網(wǎng)模式單體光伏電站規(guī)模適中，可通過云平臺采用光伏發(fā)電數(shù)據(jù)和儲能系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)，安科瑞在這類光伏電站提供的解決方案包括以下方面：

4.5.310kV或35kV并網(wǎng)

   根據(jù)《國家能源局關于2019年風電、光伏發(fā)電項目建設有關事項通知》（國發(fā)新能〔2019〕49號），對于需要國家補貼的新建工商業(yè)分布式光伏發(fā)電項目，需要滿足單點并網(wǎng)裝機容量小于6兆瓦且為非戶用的要求，支持在符合電網(wǎng)運行安全技術(shù)要求的前提下，通過內(nèi)部多點接入配電系統(tǒng)。

   此類分布式光伏裝機容量一般比較大，需要通過升壓變壓器升壓后接入電網(wǎng)。由于裝機容量較大，可能對公共電網(wǎng)造成比較大的干擾，因此供電部門對于此規(guī)模的分布式光伏電站穩(wěn)控系統(tǒng)、電能質(zhì)量以及和調(diào)度的通信要求都比較高。

   光伏電站并網(wǎng)點需要監(jiān)測并網(wǎng)點電能質(zhì)量，包括電源頻率、電源電壓的大小、電壓不平衡、電壓驟升/驟降/中斷、快速電壓變化、諧波/間諧波THD、閃變等，需要安裝單獨的電能質(zhì)量監(jiān)測裝置。

   上圖為一個1MW分布式光伏電站的示意圖，光伏陣列接入光伏匯流箱，經(jīng)過直流柜匯流后接入集中式逆變器(直流柜根據(jù)情況可不設置)，最后經(jīng)過升壓變壓器升壓至10kV或35kV后并入中壓電網(wǎng)。由于光伏電站裝機容量比較大，涉及到的保護和測控設備比較多，主要如下表：

5、結(jié)語

   在目前我國相關政策的支持下，光伏市場中表現(xiàn)出了搶裝潮的發(fā)展趨勢，表現(xiàn)出光伏電站的建設數(shù)量不斷增多和建設規(guī)模的擴大，覆蓋范圍也更加廣泛，同時也在結(jié)合目前先進的技術(shù)來推動光伏電站向智能化方向發(fā)展。尤其是針對智能運維技術(shù)的應用，基于智能運維平臺，在融入多種新技術(shù)、設備以及方案等同時，推動光伏電站向未來的數(shù)字化和智能化電站，以及全球自動化運維等方向發(fā)展。