光伏電站集中遠程監(jiān)控智能運維平臺的建設與產業(yè)化分析

■ 宋星 王凱豐 丁亞鵬 謝麗蓉*

（1.若羌海新能源有限公司；2.新疆大學電氣工程學院）

0 引言

自光伏發(fā)電行業(yè)迅速興起之時，我國便發(fā)布了一系列對光伏發(fā)電行業(yè)有利的政策和措施?！笆濉逼陂g，我國光伏產業(yè)迅速發(fā)展，一躍成為全球第一光伏大國。但由于大型光伏電站多建于交通極為不便的偏僻地區(qū)，建設的電廠數量眾多、廠址十分分散、管理信息化程度較低、發(fā)電功率預測精度差，以及由于風沙大及冬季嚴寒低溫導致光伏電站運行效率偏低，并且無先進智能的故障診斷和健康狀態(tài)預警系統(tǒng)，導致光電設備檢修維護計劃安排的不甚合理[1-2]。針對目前光伏電站各個設備控制策略相互獨立、不協調導致接入電網后存在安全性、穩(wěn)定性與經濟性差的問題，本文討論了光伏電站集中遠程監(jiān)控智能運維新模式的實現方式，實現了光伏電站遠程運行監(jiān)控、綜合數據分析和統(tǒng)一運維管理等目標，改變了傳統(tǒng)光伏電站分散式的運維管理模式，使光伏電站的資源能充分運用，更加有效地提高了光伏電站的安全運行管理水平。

1 傳統(tǒng)運維模式

目前我國大多數光伏電站都擁有自己的監(jiān)控系統(tǒng)，但這種監(jiān)控系統(tǒng)僅能將收集到的數據進行粗略統(tǒng)計，并以報表的形式保存起來，此方式只能保證站內基本的運維管理。雖然現階段大部分電力公司總部已通過建設電站數據采集通道，將站內數據匯總，并傳輸至總公司，但由于電力公司總部缺乏有力的監(jiān)管技術手段，僅能通過報表、電話等方式溝通了解運行情況。傳統(tǒng)運維模式如圖 1所示[3]。

傳統(tǒng)運維模式的主要運行現狀如下：

1)電站規(guī)模大、分布廣，數據不能實時上報，光伏電站運營者無法實現實時監(jiān)控和及時準確地評估收益。

圖1 傳統(tǒng)運維模式圖

2)維修、巡檢技能要求高，但現場人員技能不足，無遠程支持。

3)通信網絡建設與維護有局限。埋地或架空光纖的施工部署周期長，故障排查、維護困難，擴展靈活性差。設備節(jié)點多，故障點由此增加；光纖環(huán)網中同時有2個故障點時，它們之間所有的監(jiān)控網絡易癱瘓。

4)只進行簡單監(jiān)控，無智能分析，被動式運維效率低下。

5)監(jiān)控數據少，精度低，不可靠。

2 現代智能運維模式

與傳統(tǒng)運維模式不同，光伏電站的智能運維可以實現4大作用：遠程集控智能運維管理、對電站的遠程監(jiān)測和控制、發(fā)電功率預測服務、電站資產及經濟效益的評估[4]。

光伏電站集中遠程監(jiān)控智能運維系統(tǒng)通過現場的光伏電站控制系統(tǒng)接口獲取每臺光伏發(fā)電設備的實時生產數據，并進行匯總、分析、控制、維護。系統(tǒng)功能主要包括電站運行、預測、控制、維修數據、經營報表、發(fā)電設備運行指標、發(fā)電設備各類故障報警信息、歷次維修記錄數據，可實現子站數據接入、遠程監(jiān)控、數據匯總與分析維護的目標，形成一個易于使用、維護簡便的高性價比的集中遠程監(jiān)控智能運維系統(tǒng)，其運維模式如圖2所示。

2.1 智能運維模式的建設

智能光伏電站主要設備及配套設施智能監(jiān)控運維模式的建設是將光伏電站的主要設備——光伏陣列、逆變器、升壓變與配套設備及清掃機器人有機結合，采用自動檢測技術(如輻射強度檢測、電網電壓頻率檢測、光伏組件清潔度檢測、設備疲勞損傷度檢測等)與自動控制技術(如最大功率點跟蹤、逆變器有功無功智能優(yōu)化控制策略、變壓器分接頭與SVG協調調壓策略、依據風沙和低溫環(huán)境進行機器人智能清掃策略、檢修維護計劃與實施協調適應動態(tài)調整等)的智能運維模式，實現了從光伏陣列到光伏逆變器，再到電能輸出，最后到升壓并網全過程的高效運行與智能控制。光伏組件清掃機器人清洗控制框圖如圖3所示。

圖2 智能運維模式圖

圖3 光伏組件清掃機器人清洗控制框圖

圖4為光伏并網逆變器動態(tài)無功補償控制方法框圖。圖中，Un為電網額定電壓有效值；U為電網當前電壓有效值；Uhi為上一采樣時刻的電網電壓有效值；Ts為采樣周期；λ為功率因素。

圖4 光伏并網逆變器動態(tài)無功補償控制方法框圖

2.2 單電站信息集成

單個光伏電站就地監(jiān)控智能運維信息系統(tǒng)的研發(fā)與集成是將光伏陣列、支架、逆變器、升壓變與清掃機器人等所有設備的狀態(tài)和設備參數、運行數據、檢測數據、控制數據、維護檢修數據、電能質量要求數據、單個光伏電站分析數據、電網調度控制指令數據等關鍵數據集成至能量管理系統(tǒng)，可提升電能生產協同水平。在光伏電站所有設備智能、安全、穩(wěn)定運行的基礎上完成數據采集系統(tǒng)、光照自動監(jiān)測系統(tǒng)、電能在線檢測系統(tǒng)、設備運行狀態(tài)和健康狀態(tài)集中監(jiān)控系統(tǒng)、電能質量驗證系統(tǒng)的研發(fā)，并實現與預測系統(tǒng)、故障診斷系統(tǒng)、檢修維護系統(tǒng)、質量管理系統(tǒng)的集成，實現從光伏設備檢修運行管理到電能質量監(jiān)控的全過程信息化管理。

2.3 多電站平臺集成

多個光伏電站集中遠程監(jiān)控智能運維平臺的集成是以建立遠程監(jiān)控運維數字化集成平臺為目標，以單個光伏電站就地監(jiān)控智能運維信息系統(tǒng)縱向集成為主線，建立統(tǒng)一的多個光伏電站遠程監(jiān)控智能運維數字化集成接口總線，將各種相關軟件通過接口總線和統(tǒng)一通信的方式整合到同一個數據平臺，有統(tǒng)一的數據采集、數據傳輸、數據分發(fā)、數據存儲和數據分析平臺，無需各個軟件平臺系統(tǒng)獨立建設，可提升光伏電站數據分析與應用能力，實現多個光伏電站整體運行優(yōu)化并網。通過電能生產管理系統(tǒng)、采集(感知)系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)、異常報警系統(tǒng)、可視化系統(tǒng)、云平臺系統(tǒng)、大數據分析及決策系統(tǒng)、移動辦公系統(tǒng)，以及與電網EMS能量管理鏈接系統(tǒng)，使設備的檢修維護、運行狀態(tài)決策、計劃調度、運行模式選擇、發(fā)電離散型控制實現多個光伏電站遠程監(jiān)控智能運維數字化集成。光伏設備遠程監(jiān)控智能運維系統(tǒng)集控中心的總體方案全景圖如圖5所示。

圖5 光伏設備遠程監(jiān)控智能運維系統(tǒng)集控中心的總體方案全景圖

如今，全球已進入大數據時代，“互聯網+”的概念悄然興起。今后，基于大數據時代和“互聯網+”技術的智能運維系統(tǒng)將會不斷提出新的理念，在數據的分析和預測方面將會變得更加智能、快捷、精確[5]。

3 智能運維模式的前景分析

在光伏產業(yè)越來越繁榮的情況下，光伏電站的運維也變得越來越重要。從光伏產業(yè)發(fā)展情況來看，我國光伏電站的運維模式不斷更新發(fā)展，運維效率低下、運維成本高居不下的問題正在不斷得到緩解。光伏產業(yè)進入繁榮發(fā)展時期的同時，許多問題也隨之而來，比如，電站發(fā)電量預測不準確、故障檢測效率極其低下、大量電站運營數據未被充分使用，造成大量浪費。

由此，智能運維系統(tǒng)應運而生。它將電站實時數據通過站級監(jiān)控系統(tǒng)傳至智能運維云中心，通過云中心的故障預檢測和故障定位功能，將故障信息通過APP軟件傳輸給所在區(qū)域的故障檢修人員。于是故障檢修人員可通過報警定位信息迅速找到故障點，并進行故障排查和維修。因此，大數據信息讓運維人員更便于維護。

綜上所述，智能運維系統(tǒng)所做的不僅僅是電站運維，還可以做到對電站的遠程監(jiān)控和故障預測，以及降低電站所需的運維成本，使經濟效益得到進一步提升?？梢灶A見，智能運維系統(tǒng)在資源充分利用、系統(tǒng)經濟運行、提高運行自動化程度、數據共享、系統(tǒng)聯動等方面是十分必要的，與市場的需求相一致。該技術將在光伏電站中得到廣泛應用，迅速占領市場，同時會取得較好的經濟效益與社會效益[6]。

4 總結

本文提出了智能運維系統(tǒng)的概念，比較了傳統(tǒng)運維與智能運維的利弊，剖析了運維的本質是降低成本和提升經濟效益，詳細介紹了智能運維系統(tǒng)及其優(yōu)越性。智能運維利用現代科技，不僅為電站的穩(wěn)定和安全運行提供了保障，同時也使運維更加便捷。當接到上級單位的要求時，接入電網的所有光伏電站能夠對電力調度控制命令作出快速、準確的反應，并維持電網穩(wěn)定、電能質量，提高光伏電站運行自動化程度和實現“無人值守或少人值守”，確保光伏電站設備安全運行，降低人為誤操作損壞設備的幾率；在降低光伏電站的運維成本，增加經濟效益的同時，減少了運維人員及其工作量，降低了工作強度，使得運維人員可以更加快速便捷的對電站進行故障的檢修，為以后的光伏電站運維提供了很好的技術參考。