光伏電站智能運(yùn)維發(fā)展趨勢(shì)的探討

邵松　曹海英

摘 要：光伏電站即將由大規(guī)模建設(shè)階段進(jìn)入大規(guī)模運(yùn)維階段，光伏電站的運(yùn)營(yíng)、維護(hù)將成為未來光伏產(chǎn)業(yè)的主要話題。根據(jù)光伏電站發(fā)展趨勢(shì)，智能運(yùn)維已經(jīng)迫在眉睫，本文對(duì)數(shù)字信息技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與光伏技術(shù)進(jìn)行跨界融合進(jìn)行比較與探討，分析出光伏電站智能運(yùn)維的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：智能光伏電站；自動(dòng)化；信息化；智能化

中圖分類號(hào)：TM73 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）16-0162-02

1 目前現(xiàn)狀與發(fā)展前景

隨著光伏發(fā)電裝機(jī)規(guī)模的迅速擴(kuò)大，電站運(yùn)營(yíng)管理水平的高低將直接成為影響發(fā)電成本的重要因素。目前國(guó)內(nèi)光伏智能電站建設(shè)與運(yùn)營(yíng)尚處萌芽階段，為了縮短光伏發(fā)電站運(yùn)行巡檢時(shí)間，全面記錄倒閘操作過程，準(zhǔn)確判斷并消除故障點(diǎn)，提高光伏電站整體運(yùn)維和安全管理水平進(jìn)而提高電站收益水平，本文從智能電站的角度入手，對(duì)智能運(yùn)維管理模式進(jìn)行探討，為實(shí)現(xiàn)無人值守或少人值守電站進(jìn)而降低運(yùn)維成本提供參考。

2 智能光伏運(yùn)維電站定義

所謂智能化運(yùn)維即減少人的介入、實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化無人運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)故障的自動(dòng)發(fā)現(xiàn)，自動(dòng)診斷和自動(dòng)修復(fù)，從而提升發(fā)電量，減少維護(hù)成本，提高系統(tǒng)收益。

智能化運(yùn)維必須經(jīng)歷三個(gè)階段：自動(dòng)化、信息化、智能化。

自動(dòng)化是指電站現(xiàn)場(chǎng)減少人工的工作，系統(tǒng)設(shè)計(jì)成無易損部件，免維護(hù)，無需專家現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行問題診斷，無需人工現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)；信息化是指組串的高精度智能檢測(cè)，信息的高速可靠安全低成本傳輸，后臺(tái)數(shù)據(jù)的高可靠性存儲(chǔ)及監(jiān)視；智能化則是基于大數(shù)據(jù)的問題分析，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)發(fā)現(xiàn)問題并提出運(yùn)維建議：基于遠(yuǎn)程移動(dòng)運(yùn)維，實(shí)現(xiàn)專家遠(yuǎn)程指導(dǎo)和復(fù)用；基于專家運(yùn)維系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)預(yù)防性維護(hù)；基于自動(dòng)報(bào)表系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)不同層面的自動(dòng)報(bào)告。

2.1 自動(dòng)化

傳統(tǒng)方案中在自動(dòng)化方面存在幾個(gè)問題。

第一，傳統(tǒng)方案一般放置于磚瓦房或集裝箱內(nèi)，設(shè)備體積大，需重型設(shè)備吊裝，安裝成本高。

第二，傳統(tǒng)方案在匯流箱中需大量使用熔絲保護(hù)，選用熔絲做組串防護(hù)，需大量常規(guī)維護(hù)。

第三，傳統(tǒng)方案采用外部風(fēng)扇進(jìn)行散熱，但風(fēng)扇防護(hù)等級(jí)只有IP54/55，防護(hù)等級(jí)較低，并且存在噪聲大，可靠性差，更換維護(hù)成本極高等問題，最重要的是一旦風(fēng)扇失效將極大減弱逆變器的散熱能力。

智能光伏電站從整體架構(gòu)上來說更為簡(jiǎn)單，去除易損件，把復(fù)雜功能進(jìn)行整合，去除需要維護(hù)的部件和工作?？傮w來說，智能光伏解決方案能讓電站建設(shè)更加簡(jiǎn)單，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)與采購(gòu)環(huán)節(jié)，縮短建設(shè)周期，簡(jiǎn)化備品備件的關(guān)系，提高系統(tǒng)可靠性及發(fā)電量。

2.2 信息化

傳統(tǒng)光伏方案在設(shè)備數(shù)據(jù)通信方面并不完善。

傳統(tǒng)方案數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)顆粒度粗，精度低，傳輸可靠性低。集中式/集散式逆變器沒有組串監(jiān)控，直流匯流箱也沒有組串監(jiān)控，檢測(cè)精度僅為3%，而且集中式只能檢測(cè)電流。

傳統(tǒng)方案整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)信號(hào)傳輸可靠性低，因?yàn)閭鹘y(tǒng)電站子陣內(nèi)RS485通信連接設(shè)備部件種類多，包括直流匯流箱、直流柜、逆變器、箱變等設(shè)備，而且大多采用不同廠家的設(shè)備，由于不同設(shè)備設(shè)計(jì)差異，不同設(shè)備連接在一起后存在地電位差，造成接口模塊打壞，且無法事先對(duì)組合的部件進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試；與電力線纜一起鋪設(shè)的時(shí)候，會(huì)受到干擾。

智能光伏解決方案能夠做到更高精度的組串智能檢測(cè)，子陣內(nèi)傳輸與電站內(nèi)傳出分別采用更先進(jìn)的PLC電力載波通信技術(shù)。在組串檢測(cè)方面，采用高精度霍爾傳感器，通過高頻差分算法補(bǔ)償、高精度儀器出廠校準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)0.5%高精度監(jiān)測(cè)，能對(duì)組串電壓、電流二維信息精確監(jiān)測(cè)，精度是智能匯流箱的6倍以上。并且可以實(shí)時(shí)監(jiān)控組串狀態(tài)，發(fā)生異常自動(dòng)告警，精確定位組串故障。

引入PLC電力載波通訊技術(shù)替代RS485，傳輸速率從RS485能達(dá)到的9.6bps（最大也只能19.2Kbps）大大提升到200Kbps。PLC方案借用交流線做通道，可靠性高，器件損壞僅更換故障單板即可，可維護(hù)性好，不需單獨(dú)挖溝更換?？傮w來說，PLC電力載波通訊技術(shù)，能達(dá)到節(jié)省通訊線纜，提高可靠性的目的。

2.3 智能化

傳統(tǒng)光伏方案并沒有涉及頂層智能化改造，而智能光伏率先提出智能化解決方案，通過建立一套全球化自動(dòng)營(yíng)維系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能化，構(gòu)建一體化云平臺(tái)，構(gòu)建面向“能源互聯(lián)網(wǎng)”的應(yīng)用基礎(chǔ)。具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）大數(shù)據(jù)分析主動(dòng)挖掘低效器件，實(shí)現(xiàn)預(yù)防性維護(hù)。對(duì)于電站業(yè)主，尤其是有大量光伏電站的客戶，不僅要考慮電站如何維護(hù)，更要考慮電站如何運(yùn)營(yíng)，主動(dòng)地優(yōu)化電站的運(yùn)行狀態(tài)，比如通過5點(diǎn)4段的PR分析，把每一段組件+線纜、逆變器、箱變、升壓段的線損等所有的電站綜合起來分析，通過橫向和縱向的分析，把效率低的電站的和階段找出來，進(jìn)行優(yōu)化。

通過大數(shù)據(jù)分析，對(duì)所有的組串和設(shè)備做離散分析，把異常但是沒有出問題告警的組串/設(shè)備識(shí)別出來，比如一個(gè)熱斑，系統(tǒng)可能沒有告警，但是已經(jīng)比其他組串落后，就可以通過離散分析找出來，進(jìn)行預(yù)測(cè)性的維護(hù)，這就是主動(dòng)經(jīng)營(yíng)的應(yīng)用。

（2）遠(yuǎn)程運(yùn)維，電站現(xiàn)場(chǎng)“無人值班、少人值守”。在電站現(xiàn)場(chǎng)無需人員值班，專家在總部集中實(shí)施監(jiān)控、分析即可。當(dāng)電站出現(xiàn)問題時(shí)，主動(dòng)將告警與修復(fù)建議推送值守人員，值守人員可完全按照指示處理，快速提交閉環(huán)。遇到復(fù)雜問題，可進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)狀況實(shí)時(shí)回傳，包括視頻、語(yǔ)音、數(shù)據(jù)等全方位信息，數(shù)據(jù)回傳至云數(shù)據(jù)中心，由數(shù)據(jù)中心專家進(jìn)行遠(yuǎn)程指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)保障現(xiàn)場(chǎng)人員安全、規(guī)范修復(fù)故障流程、處理結(jié)果迅速閉環(huán)。

（3）精準(zhǔn)定位故障，減少誤診斷率，提高運(yùn)維效率。很多集中式電站中，組串發(fā)生問題都發(fā)現(xiàn)不了，發(fā)電量的損失根本都找不回來。結(jié)合智能光伏控制器的組串級(jí)高精度的監(jiān)測(cè)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，另外通過數(shù)據(jù)庫(kù)的分析，能夠精確地發(fā)現(xiàn)是哪個(gè)設(shè)備發(fā)生故障，還能根據(jù)預(yù)制和運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)得來的措施，提出處理建議，避免來回排查、取設(shè)備等。

3 智能化光伏電站的構(gòu)成

光伏電站智能化構(gòu)成可分為3個(gè)層次：底層——設(shè)備硬件智能化（包括光伏組件、逆變器、配電裝置等）；中間層——光伏電站生產(chǎn)監(jiān)控管理功能智能化及發(fā)電最優(yōu)控制；頂層——大區(qū)域決策服務(wù)。

（1）底層——光伏場(chǎng)內(nèi)硬件設(shè)備，應(yīng)配置智能光伏控制器，控制器應(yīng)能精細(xì)實(shí)現(xiàn)沒錄光伏電池組串的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，對(duì)輸入的每一路進(jìn)行獨(dú)立的電壓電流檢測(cè)，提高檢測(cè)精度，為準(zhǔn)確定位故障與提高運(yùn)維效率奠定了基礎(chǔ)；MPPT路數(shù)更多，能實(shí)現(xiàn)能量的精細(xì)化管理；采用高精度的傳感裝置，保證更高的數(shù)據(jù)精度，提升電站系統(tǒng)的發(fā)電量和維護(hù)性。

（2）中間層——光伏電站智能化運(yùn)維系統(tǒng)，基本分為智能光伏監(jiān)控系統(tǒng)電站和智能光伏生產(chǎn)管理系統(tǒng)兩部分。系統(tǒng)之間真正的互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)信息管理系統(tǒng)與各子站的信息互通。整個(gè)系統(tǒng)按照“一體化”設(shè)計(jì)原則，在統(tǒng)一的通信平臺(tái)上，配置一體化的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電站各類設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控。

（3）頂層——集團(tuán)總部或區(qū)域集控運(yùn)維中心，實(shí)現(xiàn)對(duì)各電站進(jìn)行集中管理，提高電站的管理和運(yùn)維效率，提升發(fā)電量，降低管理成本；基于云計(jì)算平臺(tái)，具備管理數(shù)十吉瓦、數(shù)百電站的數(shù)據(jù)接入能力，支持25年，數(shù)百TB的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，完備的權(quán)限控制和鑒權(quán)機(jī)制，保證數(shù)據(jù)安全；支持多種電站接入，擴(kuò)展介入新電站，將位于全國(guó)不同位置的多個(gè)電站當(dāng)作本地邏輯電站進(jìn)行管理，分析各電站全年和各月發(fā)電計(jì)劃完成情況、運(yùn)維投入情況，輔助集團(tuán)領(lǐng)導(dǎo)決策分析；匯總多個(gè)電站生產(chǎn)數(shù)據(jù)、融合分析、形成一整套跨點(diǎn)站的KPI指標(biāo)來評(píng)估電站的運(yùn)營(yíng)情況，評(píng)估電站的運(yùn)行健康狀態(tài)，快速找出短板，給出優(yōu)化建議。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展日趨成熟，光伏電站運(yùn)行場(chǎng)景逐漸多樣化，在此情況下，提升光伏電站發(fā)電量，保障電站高效運(yùn)行成為電站業(yè)主最基本的訴求。光伏電站智能化運(yùn)維不僅在降低運(yùn)維成本，提高光伏電站收益方面更具優(yōu)勢(shì)，也是我國(guó)智慧能源產(chǎn)業(yè)體系的重要組成部分，將成為光伏發(fā)展的新趨勢(shì)。endprint