光伏智能監控平臺設計與應用

郭凱華，丁 寧，胡俊葵，董 明

（華能上安電廠，河北石家莊 050399）

0 引言

為實現碳達峰碳中和戰略目標，各地大力推進分布式光伏的建設，推動新能源生成和消費。企業投資建設的光伏電站數量、規模都在逐年增加，大多數光伏發電企業的運維管理水平或手段不能匹配電站建設的速度，導致光伏電站生產管理能力不足，光伏電站發電效率低下，企業利潤得不到可靠保障。

1 光伏發電企業存在的問題

（1）由于分布式光伏建設時期不同、承建商不同等原因，企業選用的設備，尤其是逆變器也是來自不同品牌，致使采集數據上傳至各自的逆變器廠家平臺。光伏企業需要查看光伏數據只能在不同平臺之間切換。

（2）光伏企業需使用數據進行統計匯總或展示時，只能通過手動抄錄。此種方式增加了較大的工作量，在準確性、及時性等方面也難以得到保證。

（3）光伏設備運行數據大部分直接發送到設備廠商平臺，存在數據外泄等安全隱患。

（4）因數據分散在多個平臺，監測、運維不及時導致部分設備長期處于低效運行或故障停機狀態，直接影響了項目發電收益。

探索研究分布式光伏電站集中化運營可行性和應用成效。通過“互聯網+”與光伏電站智能監控的有效融合，將大數據、云計算、移動互聯網等技術在光伏電站集中監控平臺，智能輔助決策、故障定位、移動巡檢等功能中具體應用，實現各光伏企業對光伏電站的智能化、數字化運維和可視化管理。

2 光伏智能監控平臺設計

2.1 光伏智能監控平臺技術方案

為保障信息安全，平臺項目安全防護框架體系遵循國家及公司網絡安全相關要求，針對系統面臨的主要安全風險，重點從邊界安全防護、應用安全防護、數據安全防護、網絡安全防護、終端安全防護方面加強安全防護。光伏智慧運維管控平臺部署在企業內網，平臺主要由現場側、互聯網采集前置、企業內網平臺、大屏展示側、移動端應用5 個部分構成。平臺網絡架構如圖1 所示。

圖1 平臺網絡架構

（1）分布式光伏采集數據經防火墻后發送至互聯網側采集前置機。采集前置機負責數據接入、數據解密、生成e 文件，然后通過反向隔離傳輸到廠區內網平臺。

（2）光伏管控平臺包括物聯采集中心、數據服務中心和光伏智能管理云平臺。云平臺實現數據分析、計算和存儲，按用戶需要生成各種報表、全過程閉環管理工單、分類及自動推送的報警，并提供對外服務。

（3）監控展示大屏實現分布式項目運行狀況的全景監測，實現大屏數據存儲及分析計算，由大屏終端機通過企業內網直接訪問展示。

（4）移動應用客戶端，可以通過手機安裝APP，由手機客戶端軟件通過企業內網直接訪問展示，可以實現分布式項目運行狀況的全景監測。

2.2 光伏電站數據采集

分布式光伏電站數據采集的對象主要為光伏逆變器。數據采集方式包括加裝數據采集器、第三方平臺數據接入兩種方式。增量光伏項目以加裝數據采集器方式實現，存量光伏項目如具備條件則通過第三方平臺接入。

（1）逆變器數據直接采集。新增的光伏項目，在每個逆變器設備上加裝一臺數據采集器，使用RS485 接口讀取逆變器運行信息，經過協議轉換處理后，使用無線通信方式加密后將數據發送給遠程服務器。基于運營商APN/VPN 專網接入主站的終端SIM 卡進行白名單控制，阻止非法終端接入，SIM 卡與采集終端綁定，關閉不必要端口，并使用專用通道進行加密傳輸。基于SSL/SASL 構建加密傳輸通道，利用基于終端設備證書簽名驗簽的方式，進行終端身份鑒別和訪問控制，阻止非法終端接入，保證數據安全。

（2）第三方平臺數據接入。對于已建的存量光伏項目，綜合考慮技術可行性及經濟性，通過對接逆變器廠商的監控平臺實現數據采集和運行監測。第三方平臺的光伏數據采用e 文件形式進行推送，頻率為15 min，平臺定時進行e 文件解析入庫。

2.3 光伏電站集中監控

基于采集的光伏電站運行數據，經大數據分析處理，通過PC端、移動端及監控大屏進行展示。使決策者能夠實時掌握企業、電站的各項經營指標；支撐運維人員移動化作業，且能實時了解電站、設備的運行狀態。智能監控平臺如圖2 所示。

圖2 智能監控平臺

（1）監控平臺通過匯聚所有光伏電站的監測數據進行集中展示。監控首頁整體布局包括左、中、右三部分，監測數據更新頻率為15 s；大屏中部為核心區域，以地圖方式展示已建電站的分布情況，頁面自動輪循各站點并顯示選中站點的詳情信息，下方為所有站點當年總發電量；大屏左側包括裝機容量信息、分布式光伏及集中式光伏建設情況、當日發電功率；大屏右側為節能減排效果、發電量及發電功率信息、當月發電趨勢分析；同時每15 s 生成一個碳減排量氣泡。

（2）村鎮級分布式光伏用戶列表監測，在地圖上點擊光伏電站彈出展示；頁面左側為該區縣的已安裝光伏的村鎮列表；右側為分光伏用戶卡片列表，優先顯示發電異常的用戶。支持用戶搜索，左側村鎮1 min 定時自動切換，用戶列表卡片如有分頁則10 s 自動切換一頁，點擊用戶卡片跳轉到用戶詳情頁。

（3）分布式光伏用戶詳情，上側顯示用戶基本信息及實時發電功率、當日發電量、當月發電量、累計發電量等統計信息；下方用TAB 頁分布展示發電量趨勢、逆變器列表，發電量趨勢展示近30 日發電量趨勢，逆變器列表展示各臺設備基本信息及實時運行信息。

（4）光伏逆變器監測詳情，包括發電量、有功功率、無功功率、直流側功率、三相電流、電壓、功率、功率因數等監測數據。

（5）異常告警監測，通過大數據綜合分析，精準識別存在發電異常的設備并及時推送提醒。

2.4 光伏電站智能運維

光伏智能監控平臺集中展示分布式光伏逆變器的故障及告警信息，包括逆變器產生的故障告警和系統根據預設的告警閾值觸發的越限告警。告警預警界面上半部分顯示各類告警占比，下半部分顯示有告警場站列表，展示告警信息、告警狀態、告警設備及告警時間，點擊可查看實時告警數據及曲線。后臺支持告警類型、告警等級、告警臺區、告警用戶、告警設備、告警時間等條件篩選，可根據告警設備運行趨勢可對告警進行忽略、轉故障研判、轉搶修工單等方式進行處理。具體流程圖如圖3 所示。

圖3 智能監控流程

（1）故障報修。監控人員發現設備故障后可通過故障報修提交故障信息，平臺根據相關配置自動生成搶修工單，派發給運維人員進行處理。

（2）生成搶修工單。平臺需實現按項目設置相應的運維團隊，在接收到嚴重故障時自動生成搶修工單并分配到指定的運維人員。同時通過移動端應用向運維人員發送消息通知，提醒及時處理。普通告警信息由監控人員根據設備運行情況進行綜合研判確定是否需要生成工單，如需生成可手動生成并下發作業工單。

（3）工單派發。運維班組長接收到工單之后，可根據運維人員當前位置及作業情況，派發工單給合適的運維人員。

（4）工單處理。運維人員接收到工單之后，對相應的故障設備開展運維作業，平臺提供全流程閉環管控。

（5）工單評價。光伏企業可查詢所負責光伏場站的運維工單信息，監控跟進工單處理進度，對處理完成的工單可進行評價。

3 結束語

通過光伏智能監控平臺的建設應用，取得成效明顯，總結主要如下：①實現不同品牌、不同容量、不同型號逆變器設備的集中監測和統一管理，為分布式光伏的集中管控提供了新的思路；②實現從設備運行風險預警、智能化故障研判到工單生成，再到運維全過程記錄，最后實現運維的綜合評價，形成了全流程閉環管控；③實現光伏項目的數字化、精細化運營管理，降低了光伏設備故障發生率和故障時長，提升了光伏電站發電效率，有力保障了企業投資收益。