基于物聯(lián)網的光伏電站運維云平臺的技術研究

安科瑞 陳聰

摘要：文章在對目前光伏電站中應用智能運維技術的現(xiàn)狀進行介紹之后，分析此智能運維技術在光伏電站中應用的重要作用，并分析此技術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；光伏運維云平臺；分布式光伏

引言

   近年來隨著我國經濟的快速發(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的發(fā)展和應用。文章就針對此技術的應用現(xiàn)狀和相應的管理技術及其發(fā)展方向進行簡要分析。

1、智能運維技術現(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，結合目前的大數(shù)據(jù)、云存儲以及網絡技術、計算機技術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)，推動光伏電站資產價值的提升。

2、智能運維管理技術分析

   在光伏電站中應用智能運維管理技術，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，通過此技術的應用，一是可以對光伏電站的建設質量進行判斷，重點是分析判斷其建設質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)，將檢測結果進行匯總向業(yè)主及時進行報告，而且在此結果的基礎上來對故障的類型和位置進行分析和確定。三是通過此技術所獲取的數(shù)據(jù)，還可以結合地理環(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，較大化地縮短經濟周期以及降低成本，實現(xiàn)收益的提升。四是將此技術與未來的網絡信息共享進行結合，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，結合互聯(lián)網、云計算等技術來預測局部瞬時功率以及未來時間的發(fā)電量，實現(xiàn)能量調度精細化程度的提升。五是通過此技術來向運行、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、智能運維技術的發(fā)展方向

   物聯(lián)網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優(yōu)勢。以多設備智能為代表的智能物聯(lián)網網絡系統(tǒng)也在逐步建立。這些將在下面分別討論。

3.1針對智能電網的物聯(lián)網體系結構

   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)網技術框架的使用可以持續(xù)依賴計算機技術的更新和相應物聯(lián)網架構的改進，從而在長期發(fā)展的基礎上騰飛智能網絡的功能。

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)網技術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計劃和設計將基于實現(xiàn)經濟利益而減少資產生命周期的成本。電網資產的生命周期管理是為了實現(xiàn)安全管理，因此實現(xiàn)資產管理的結合。根據(jù)中國的基本國情，分析了工業(yè)市場中電網公司的技術和市場特征。通過不斷總結實踐管理經驗，以滿足新的發(fā)展需求。此外，物聯(lián)網技術的使用還可以監(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)網技術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)網技術的設備風險評估方法。通過使用新的傳感器和其他技術手段，結合能量傳輸和轉換設備的狀態(tài)特性，結合一定的理論數(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)結構

   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。平臺整體結構如圖所示。

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，任何具備權限的用戶都可以通過WEB瀏覽器根據(jù)權限范圍監(jiān)視分布在區(qū)域內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、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、內容、發(fā)送結果、回復等。

●平臺運行日志：查看儀表、網關離線狀況。

●報警信息：將報警分進行分級處理，記錄報警內容，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

   交流220V并網的光伏發(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

   根據(jù)國家電網Q/GDW1480-2015《分布式電源接入電網技術規(guī)定》，8kW~400kW可380V并網，超出400kW的光伏電站視情況也可以采用多點380V并網，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。分布式光伏接入配電網前，應明確計量點，計量點設置除應考慮產權分界點外，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，技術性能應滿足國家電網公司關于智能電能表的相關標準。用于結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，實現(xiàn)自發(fā)自用，余電上網。在380V并網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)電網和公共電網連接處也需要安裝雙向計量電表，用于計量企業(yè)上網電量，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)電補貼和上網電量結算。

   部分光伏電站并網點需要監(jiān)測并網點電能質量，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量監(jiān)測裝置。部分光伏電站為自發(fā)自用，余電不上網模式，這種類型的光伏電站需要安裝防逆流保護裝置，避免往電網輸送電能，系統(tǒng)圖如下。

   這種并網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

   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，需要滿足單點并網裝機容量小于6兆瓦且為非戶用的要求，支持在符合電網運行安全技術要求的前提下，通過內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。由于裝機容量較大，可能對公共電網造成比較大的干擾，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)、電能質量以及和調度的通信要求都比較高。

   光伏電站并網點需要監(jiān)測并網點電能質量，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)，最后經過升壓變壓器升壓至10kV或35kV后并入中壓電網。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，同時也在結合目前的技術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的應用，基于智能運維平臺，在融入多種新技術、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。

【參考文獻】

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[3]安科瑞企業(yè)微電網設計與應用手冊.2022.05版