基于大數據分析的eHorus 智慧云智能診斷系統在光伏電站巡檢中的應用

黃 凱，熊 玉

(1.國華衛星數據科技有限公司，西安 710000；2.國華衛星數據科技有限公司，上海 200235)

0 引言

作為一種重要的太陽能利用方式，近年來全球光伏發電的規模不斷擴大，光伏電站逐漸增多。而光伏陣列作為光伏電站的主要組成部分，對包括其在內的光伏設備進行狀態監控、故障診斷與故障定位變得日益重要。

目前，光伏陣列的日常巡檢方式主要有人工巡檢和無人機巡檢2 種方式。其中，人工巡檢存在巡檢工作量大、部分缺陷無法及時發現等缺點；無人機巡檢存在檢測精度低、設備費用較高、獲取檢測結果的實時性差等問題。

為解決上述問題，國華衛星數據科技有限公司(下文簡稱“國華衛星”)研發了一款可用于光伏電站全站光伏設備狀態監控及故障診斷的智能診斷系統——eHorus 智慧云智能診斷系統。該智能診斷系統根據遠程監控系統采集到的光伏電站全站光伏設備運行數據，在云端利用大數據的批處理和流處理技術，實時對全站光伏設備進行線上智能巡檢，并將智能巡檢過程中發現的異常信息以報警的形式推送給光伏電站運維工程師，運維工程師可根據得到的故障診斷信息到達故障設備現場進行故障排查處理，及時消除設備缺陷，提高電站光伏設備利用率，從而降低光伏電站的發電量損失。

圖1 eHorus 智慧云智能診斷系統的數據處理方式簡圖Fig.1 Simplified diagram of data processing method of eHorus smart cloud intelligent diagnosis system

1 eHorus 智慧云智能診斷系統的工作方式

1.1 eHorus 智慧云智能診斷系統的巡檢工作流程

eHorus 智慧云智能診斷系統針對光伏電站中全部光伏設備的運行特點，應用大數據分析技術，實現了對低效、故障光伏設備的智能診斷和故障預警。該智能診斷系統根據光伏電站所在地的太陽能資源、新能源消納等實際情況，制定線上自動巡檢策略，從而可以及時有效地分析全站光伏設備的運行狀態，判斷光伏設備是否存在異常。若發現異常，智能診斷系統將以報警的形式將異常情況推送給光伏電站運維工程師，運維工程師及時進行處理，從而降低設備的故障恢復時間，提高設備可利用率，為光伏電站安全生產起到重要的保障作用，保證光伏電站全站光伏設備在25 年全生命周期內始終保持最佳的發電狀態。eHorus智慧云智能診斷系統的報警流程圖如圖2 所示。

圖2 eHorus 智慧云智能診斷系統的報警流程圖Fig.2 Alarm flow chart of eHorus smart cloud intelligent diagnosis system

1.2 eHorus 智慧云智能診斷系統的故障診斷方式

根據光伏電站中光伏設備的類型不同，eHorus 智慧云智能診斷系統的故障診斷方式主要包括基于偏差率的故障診斷方式和基于數據特性的故障診斷方式2 種。

1)基于偏差率的故障診斷方式。此種故障診斷方式主要是分析一段時間內光伏組串和逆變器的運行參數，對于逆變器負載率、逆變器等效利用小時數、逆變器機柜溫度、光伏組串電流等情況的故障判斷都是基于偏差率進行判斷的。該診斷方式可以快速分析光伏組串或逆變器在該時間段內的運行性能，自動定位異常運行的光伏組串或逆變器，從而指導光伏電站運維工程師及時到達故障設備現場進行設備消缺，減少光伏組串或逆變器發生故障的時間，從而降低光伏電站的發電量損失。此種故障診斷方式的基本流程如圖3所示。

圖3 基于偏差率的故障診斷方式流程圖Fig.3 Flow chart of fault diagnosis method based on deviation rate

2)基于數據特性的故障診斷方式。在利用數據進行分析時，由于某些數據會存在一定的特性，而這些特性是其他數據不具備的，因此可以根據此類數據特性的變化來判斷某些問題。

對于光伏電站而言，某些光伏設備的運行數據也存在特定的規律，當這類光伏設備的運行發生異常時，其所對應的數據會發生明顯變化，eHorus 智慧云智能診斷系統可以通過對這些特定數據進行分析，發現其數據規律，從而可對此類光伏設備的運行狀態進行預警。

以1 臺逆變器的運行數據為例，當逆變器正常運行時，逆變器的直流電壓、機柜溫度均是在一定范圍內變化；當逆變器在運行過程中發生短路放電現象時，其機柜溫度會明顯上升，此時eHorus 智慧云智能診斷系統會根據這一數據特性的變化，結合報警規則，自動發出預警信息，然后光伏電站運維工程師可及時至故障設備現場進行排查和設備消缺，防止設備發生火災，引發更大的損失。圖4 為逆變器發生異常時eHorus 智慧云智能診斷系統推送的報警信息。

圖4 逆變器發生異常時eHorus 智慧云智能診斷系統推送的報警信息Fig.4 Alarm information pushed by eHorus smart cloud intelligent diagnosis system when inverter is abnormal

2 eHorus 智慧云智能診斷系統可實現快速故障處置

為了指導光伏電站的運維工程師能及時快速地對eHorus 智慧云智能診斷系統推送的報警信息進行現場排查，并進行設備消缺處理，國華衛星結合光伏設備故障知識庫，形成了基于eHorus智慧云智能診斷系統的光伏電站常見故障處理和設備消缺作業指導書，如表1 所示。

3 eHorus 智慧云智能診斷系統的應用

當前已采用eHorus 智慧云智能診斷系統的光伏電站的總裝機規模超過2 GW，共71 座光伏電站，且光伏電站類型包括山地光伏電站、漁光互補光伏電站、沙漠戈壁灘涂光伏電站、農光互補光伏電站、屋頂分布式光伏電站等。根據光伏電站的類型不同，eHorus 智慧云智能診斷系統可制定不同的診斷策略和模型，實現每日全站自動巡檢，及時發現光伏設備故障，指導光伏電站運維工程師及時進行設備消缺，減少設備故障時間。

對近3 年來各光伏電站應用eHorus 智慧云智能診斷系統后發現的故障缺陷進行了匯總，各類故障缺陷的占比情況如圖5 所示。

圖5 eHorus 智慧云智能診斷系統發現的故障缺陷匯總Fig.5 Summary of faults and defects discovered by eHorus smart cloud intelligent diagnosis system

由圖5 可知，在這些故障缺陷中，通信異常、匯流箱監測模塊故障、熔斷器損壞等原因的占比位列前3。雖然發生這些故障缺陷的器件較小，但若長期對這些故障置之不理，也會造成光伏電站的發電量損失。因此，應加強對這些故障缺陷的監管。

1)匯流箱監測模塊故障屢見不鮮。各光伏電站普遍存在匯流箱監測模塊故障導致匯流箱支路電流數據采集異常或支路電流為零的情況，雖然短期內該類缺陷不會影響光伏電站發電量，但是若長時間不進行處理，會導致光伏電站的監控系統及智能化管理系統一定程度的“失聰”，設備缺陷也將被掩蓋。若后期再因該類缺陷引發匯流箱支路電流為零或偏低的情況發生，運維工程師將無法及時發現問題，最終會造成光伏電站發電量損失。

表1 基于eHorus 智慧云智能診斷系統的光伏電站常見故障處理和設備消缺作業指導書Table 1 Operating instructions for common fault handling and equipment defect elimination of PV power station based on eHorus smart cloud intelligent diagnosis system

2)光伏組件被遮擋現象時有發生。一些光伏電站存在組件被遮擋從而導致光伏組串支路電流偏低的現象。遮擋現象中，一部分是在光伏電站建設初期就已經存在的光伏組件前后排遮擋、建筑物遮擋等，另一部分則是在光伏電站運行過程中出現的雜草遮擋、鳥糞遮擋等。雖然小范圍的雜草、鳥糞等遮擋對光伏組件發電量的影響不是很大，但若長期不對這些遮擋物進行處理，有可能使光伏組件形成熱斑，對光伏組件造成不可逆的損傷。eHorus 智慧云智能診斷系統可以及時發現這些低效運行的光伏組串，提示光伏電站運維工程師及時對這些光伏組串進行檢查，并對相應光伏組件進行處理，從而保證光伏組件正常、安全的運行，減少其發電量損失。

圖6 eHorus 智慧云智能診斷系統提供的報警信息Fig.6 Alarm information provided by eHorus smart cloud intelligent diagnosis system

4 eHorus 智慧云智能診斷系統的巡檢優勢

eHorus 智慧云智能診斷系統的巡檢優勢主要體現在精確采集數據，安全、穩定、高效地數據傳輸，安全可靠的存儲數據，以及準確的數據分析算法與分析模型。

1)精確采集數據。在信息時代，數據是決策的基礎，錯誤的數據會導致錯誤的決策。對于光伏電站的運維而言，數據采集至關重要，數據精度越高，對光伏電站全站光伏設備運行狀態的監測和故障分析將會更加精準。相比于傳統的定時采集數據的方式，eHorus 智慧云智能診斷系統應用大數據平臺技術，實現了高精度的時序監測數據存儲管理，能夠更加真實地反映光伏設備的運行狀態和趨勢。

2)安全、穩定、高效地數據傳輸。由于光伏電站具有設備數量多、占地面積廣的特點，因此依靠人工巡檢的運維模式很難快速、準確地發現異常運行的光伏設備，此時需要依靠采集到的設備運行數據進行分析判斷；而eHorus 智慧云智能診斷系統與光伏電站之間可通過互聯網通道進行實時、穩定地數據傳輸，并通過VPN 技術實現了數據的加密傳輸，保證了安全、穩定、高效地數據傳輸。

3)安全可靠的存儲數據。大數據時代，海量數據的存儲、高效傳輸和數據安全至關重要。由于光伏電站的光伏組件數量較多，導致設備的數據監測點數量也較多，1 個裝機容量為100 MW的光伏電站的數據監測點數量可超過7 萬個。結合光伏電站的這一特點，國華衛星自建的存儲級別為PB 級的光伏電站設備運行狀態大數據中心可為數量超過100 萬個的設備數據監測點提供數據存儲服務，從而保證了eHorus 智慧云智能診斷系統的穩定運行。

4)準確的數據分析算法與分析模型。精確采集數據，安全、穩定、高效地數據傳輸和安全可靠的存儲數據只是基礎，有了這些數據之后，如何應用好數據，真正發揮數據的價值，需要準確的數據分析算法和分析模型。eHorus 智慧云智能診斷系統可進行采集數據、存儲數據、清理數據、查詢數據、分析數據、可視化數據等一系列數據操作，其基本流程如圖7 所示。該智能診斷系統采用分類分析、回歸分析、關聯規則等分析算法，能夠及時有效地分析、判斷光伏設備的異常運行狀態，從而可達到精確定位異常運行光伏設備的目的。

圖7 eHorus 智慧云智能診斷系統的數據操作基本流程Fig.7 Basic flow of data operation of eHorus smart cloud intelligent diagnosis system

5 結論

本文介紹了一款可用于光伏電站全站光伏設備的智能診斷系統——eHorus 智慧云智能診斷系統。該智能診斷系統不僅可以高效地幫助光伏電站運維工程師進行故障診斷分析，還可以指導、督促電站端進行故障搶修，提升故障設備消缺率，降低設備的平均故障恢復時長；并且該智能診斷系統可實現對光伏電站規范化、流程化管理，幫助企業建立基于智能化應用和大數據分析手段的“O2O”運維管理模式，讓整個光伏電站在25年全生命周期中實現“運行狀態可知、運維過程可控、運營收益可測”。