基于物聯(lián)網(wǎng)的光伏電站運(yùn)維云平臺的技術(shù)研究

安科瑞 陳聰

摘要：文章在對目前光伏電站中應(yīng)用智能運(yùn)維技術(shù)的現(xiàn)狀進(jìn)行介紹之后，分析此智能運(yùn)維技術(shù)在光伏電站中應(yīng)用的重要作用，并分析此技術(shù)應(yīng)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(guān)鍵詞：光伏電站；智能運(yùn)維技術(shù)；光伏運(yùn)維云平臺；分布式光伏

引言

   近年來隨著我國經(jīng)濟(jì)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(yán)峻以及能源危機(jī)日益嚴(yán)重，我國也加大了對光伏電站等新能源電站的建設(shè)力度，表現(xiàn)出光伏電站數(shù)量的不斷增多以及建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大。同時隨著光伏發(fā)電技術(shù)的不斷進(jìn)步，在提高光伏電站發(fā)電量的同時，也推動了光伏智能運(yùn)維技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。文章就針對此技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀和相應(yīng)的管理技術(shù)及其發(fā)展方向進(jìn)行簡要分析。

1、智能運(yùn)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(shí)現(xiàn)對光伏電站的單獨(dú)監(jiān)控，而無法實(shí)現(xiàn)將電站投資和建設(shè)的所有信息向集團(tuán)投資者及時提供。而且在此種方案下，還會造成電站運(yùn)行統(tǒng)計(jì)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(yùn)行中，針對電站運(yùn)行中的故障信息也難以及時和準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)，這就需要運(yùn)維人員在本地監(jiān)控平臺上進(jìn)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(yīng)速度過慢而影響系統(tǒng)正常運(yùn)行的問題。尤其是針對通常建設(shè)在偏僻地區(qū)的光伏電站來說，在運(yùn)行中還容易由于運(yùn)維人員經(jīng)驗(yàn)不足以及操作不規(guī)范而導(dǎo)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)合目前的大數(shù)據(jù)、云存儲以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等在光伏運(yùn)維云平臺上搭建起光伏電站運(yùn)維管理系統(tǒng)，在光伏電站的管理終端中應(yīng)用上述系統(tǒng)，可以通過100GW+電站接入來實(shí)現(xiàn)對所有電站的集中管控。此外，通過此管理系統(tǒng)的應(yīng)用，可以確保在完整的管理平臺上開展電力設(shè)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(jìn)行規(guī)范化的操作和維修團(tuán)隊(duì)的構(gòu)建和發(fā)展，實(shí)現(xiàn)電站運(yùn)行效率的提升以及運(yùn)行成本的降低。同時，通過此系統(tǒng)的應(yīng)用還可以提升電力設(shè)備資產(chǎn)管理的透明度，實(shí)現(xiàn)對發(fā)電站地位的實(shí)時控制，在深入挖掘電站運(yùn)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(yùn)維管理技術(shù)分析

   在光伏電站中應(yīng)用智能運(yùn)維管理技術(shù)，可以在電站運(yùn)行中，從時間、空間、設(shè)備等多個維度上開展監(jiān)控工作，重點(diǎn)是可以開展維護(hù)、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(diǎn)以光伏電站的績效評價指標(biāo)來開展。具體地說，通過此技術(shù)的應(yīng)用，一是可以對光伏電站的建設(shè)質(zhì)量進(jìn)行判斷，重點(diǎn)是分析判斷其建設(shè)質(zhì)量是否滿足標(biāo)準(zhǔn)以及設(shè)計(jì)要求。二是可以對電站運(yùn)行中的隱患進(jìn)行自動檢測并確保及時發(fā)現(xiàn)，將檢測結(jié)果進(jìn)行匯總向業(yè)主及時進(jìn)行報告，而且在此結(jié)果的基礎(chǔ)上來對故障的類型和位置進(jìn)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(diǎn)來對發(fā)電量進(jìn)行預(yù)測，然后在預(yù)測結(jié)果基礎(chǔ)上來對較佳的阻塞程度和耐受性的除塵方法進(jìn)行確定，較大化地縮短經(jīng)濟(jì)周期以及降低成本，實(shí)現(xiàn)收益的提升。四是將此技術(shù)與未來的網(wǎng)絡(luò)信息共享進(jìn)行結(jié)合，在綜合分析電站信息以及氣象數(shù)值預(yù)報數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等技術(shù)來預(yù)測局部瞬時功率以及未來時間的發(fā)電量，實(shí)現(xiàn)能量調(diào)度精細(xì)化程度的提升。五是通過此技術(shù)來向運(yùn)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(wù)。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(shè)計(jì)建設(shè)、設(shè)備的規(guī)劃以及新設(shè)備的接入，同時也為系統(tǒng)和設(shè)備的維護(hù)、更新以及故障早期預(yù)判等提供依據(jù)。

3、智能運(yùn)維技術(shù)的發(fā)展方向

   物聯(lián)網(wǎng)是因?yàn)樗梢越⑽锱c物之間的連接，并在基本的Internet框架中共享和擴(kuò)展信息。因此，可以不受限制地在終端操作中建造和使用設(shè)備和設(shè)施，并且可以以自動化的方式執(zhí)行相關(guān)操作。訂單下達(dá)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(shè)備智能為代表的智能物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)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(shè)備須對運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時檢查并對相關(guān)關(guān)鍵組件進(jìn)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(jì)算機(jī)技術(shù)的更新和相應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的改進(jìn)，從而在長期發(fā)展的基礎(chǔ)上騰飛智能網(wǎng)絡(luò)的功能。

3.2在輸變電設(shè)備狀態(tài)中的運(yùn)用

   輔助鏈路中傳輸和電力變換設(shè)備的狀態(tài)檢測以及相關(guān)的維護(hù)工作主要是基于感知層來完成相應(yīng)的程序。其中，在塔和其他設(shè)備中實(shí)現(xiàn)并安裝了不同類型和類型的傳感器。收集當(dāng)前傳輸線不同工作條件下的特征參數(shù)，并通過實(shí)時傳輸進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)注冊和分析。根據(jù)作者的意見，相關(guān)輸電線路的在線監(jiān)測業(yè)務(wù)已經(jīng)能夠編制高海拔準(zhǔn)時參數(shù)，例如風(fēng)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(jī)構(gòu)對高壓電磁能的提取進(jìn)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(shè)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(shí)際應(yīng)用水平上，應(yīng)以電廠的智能運(yùn)維為指導(dǎo)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行推廣。成本可控，操作維護(hù)方便。感知層主要反映在過程層中，因此應(yīng)用層須對應(yīng)于工作站的控制層。

3.3輸變電設(shè)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(jì)劃和設(shè)計(jì)將基于實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)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(shí)現(xiàn)安全管理，因此實(shí)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(shí)踐管理經(jīng)驗(yàn)，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(shè)備的全景狀態(tài)信息，并關(guān)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(guān)聯(lián)能源資產(chǎn)的生命周期，從而提高設(shè)備診斷過程的真實(shí)性和準(zhǔn)確性。它還有利于科學(xué)管理的制造和安裝階段。

   在實(shí)際應(yīng)用中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以收集有關(guān)變電站設(shè)備的各種信息，包括環(huán)境和測試。通過統(tǒng)計(jì)科學(xué)方法，分析了設(shè)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(shè)備風(fēng)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(shè)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(yùn)維云平臺介紹

4.1概述

          AcrelCloud-1200分布式光伏運(yùn)維云平臺通過監(jiān)測光伏站點(diǎn)的逆變器設(shè)備，氣象設(shè)備以及攝像頭設(shè)備、幫助用戶管理分散在各地的光伏站點(diǎn)。主要功能包括：站點(diǎn)監(jiān)測，逆變器監(jiān)測，發(fā)電統(tǒng)計(jì)，逆變器一次圖，操作日志，告警信息，環(huán)境監(jiān)測，設(shè)備檔案，運(yùn)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(yīng)用場所

   目前我國的兩種分布式應(yīng)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(jì)量儀表，通過網(wǎng)關(guān)將采集的數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器，并將數(shù)據(jù)進(jìn)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(yùn)行情況以及各逆變器運(yùn)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(yùn)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(yùn)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(dāng)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(jī)容量，實(shí)時發(fā)電功率。

●累計(jì)日、月、年發(fā)電量及發(fā)電收益。

●累計(jì)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(dāng)前光伏電站發(fā)電功率，補(bǔ)貼電價，峰值功率等基本參數(shù)。

●統(tǒng)計(jì)當(dāng)前光伏電站的日、月、年發(fā)電量及發(fā)電收益。

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

●顯示當(dāng)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(jì)

●展示所選電站的時、日、月、年發(fā)電量統(tǒng)計(jì)報表。

4.4.1.5逆變器發(fā)電統(tǒng)計(jì)

●展示所選逆變器的時、日、月、年發(fā)電量統(tǒng)計(jì)報表

4.4.1.6配電圖

●實(shí)時展示逆變器交、直流側(cè)的數(shù)據(jù)。

●展示當(dāng)前逆變器接入組件數(shù)量。

●展示當(dāng)前輻照度、溫濕度、風(fēng)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(fù)等。

●平臺運(yùn)行日志：查看儀表、網(wǎng)關(guān)離線狀況。

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

4.4.3運(yùn)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(shí)時監(jiān)視光伏站運(yùn)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(jī)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(hù)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(diǎn)380V并網(wǎng)，以當(dāng)?shù)仉娏Σ块T的審批意見為準(zhǔn)。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(yīng)明確計(jì)量點(diǎn)，計(jì)量點(diǎn)設(shè)置除應(yīng)考慮產(chǎn)權(quán)分界點(diǎn)外，還應(yīng)考慮分布式電源出口與用戶自用電線路處。每個計(jì)量點(diǎn)均應(yīng)裝設(shè)雙向電能計(jì)量裝置，其設(shè)備配置和技術(shù)要求符合DL/T448的相關(guān)規(guī)定，以及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程要求。電能表采用智能電能表，技術(shù)性能應(yīng)滿足國家電網(wǎng)公司關(guān)于智能電能表的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。用于結(jié)算和考核的分布式電源計(jì)量裝置，應(yīng)安裝采集設(shè)備，接入用電信息采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)用電信息的遠(yuǎn)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(shí)現(xiàn)自發(fā)自用，余電上網(wǎng)。在380V并網(wǎng)點(diǎn)前需要安裝計(jì)量電表用于計(jì)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(jì)量電表，用于計(jì)量企業(yè)上網(wǎng)電量，數(shù)據(jù)均應(yīng)上傳供電部門用電信息采集系統(tǒng)，用于光伏發(fā)電補(bǔ)貼和上網(wǎng)電量結(jié)算。

   部分光伏電站并網(wǎng)點(diǎn)需要監(jiān)測并網(wǎng)點(diǎn)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(dú)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(hù)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(yùn)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(guān)于2019年風(fēng)電、光伏發(fā)電項(xiàng)目建設(shè)有關(guān)事項(xiàng)通知》（國發(fā)新能〔2019〕49號），對于需要國家補(bǔ)貼的新建工商業(yè)分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目，需要滿足單點(diǎn)并網(wǎng)裝機(jī)容量小于6兆瓦且為非戶用的要求，支持在符合電網(wǎng)運(yùn)行安全技術(shù)要求的前提下，通過內(nèi)部多點(diǎn)接入配電系統(tǒng)。

   此類分布式光伏裝機(jī)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(jī)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(diǎn)需要監(jiān)測并網(wǎng)點(diǎn)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(dú)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(shè)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(jī)容量比較大，涉及到的保護(hù)和測控設(shè)備比較多，主要如下表：

5、結(jié)語

   在目前我國相關(guān)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(shè)數(shù)量不斷增多和建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大，覆蓋范圍也更加廣泛，同時也在結(jié)合目前的技術(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(yùn)維技術(shù)的應(yīng)用，基于智能運(yùn)維平臺，在融入多種新技術(shù)、設(shè)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(yùn)維等方向發(fā)展。

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