光伏電站智能化運營研究

北京科諾偉業(yè)科技股份有限公司 ■ 張勝紅 趙棟利 趙妍

0 引言

我國光伏行業(yè)在經(jīng)歷了近幾年的爆發(fā)式建設(shè)潮之后，各個集團(tuán)業(yè)主逐漸開始關(guān)注光伏電站的運維和經(jīng)營。目前大型集團(tuán)的業(yè)主都掌握著幾百MW甚至GW級的電站資源，在“棄光限電”之聲此起彼伏的行情下，國家和地方也在對發(fā)電補貼進(jìn)行下坡調(diào)整，那么企業(yè)研究如何提高自身的造血能力也就成為必然趨勢[1]?，F(xiàn)在越來越多的光伏電站發(fā)電設(shè)備都配備智能傳感器，為光伏電站的智能化運維提供了良好的條件。本文的研究內(nèi)容主要有：

1)基于安全生產(chǎn)、保障效益的運維目標(biāo)，分析研發(fā)一套具有規(guī)范流程的光伏電站智能化生產(chǎn)運行管理軟件。

2)基于集團(tuán)業(yè)主對多個電站資源整合、集中運維的需要，分析研發(fā)一套集團(tuán)級集中運營的信息系統(tǒng)。

1 智能化運維的必要性分析

經(jīng)過長時間的調(diào)研和現(xiàn)場觀察后，對目前光伏電站運維普遍存在的幾個問題進(jìn)行了總結(jié)，主要體現(xiàn)在：

1)現(xiàn)場值班人員通常是聘用當(dāng)?shù)貎H具備少量電力知識的人，只能處理簡單的情況；

2)現(xiàn)場人力、財務(wù)、物資等管理松散，造成資源浪費；

3)現(xiàn)場兩票(工作票、操作票)操作、巡檢等缺乏標(biāo)準(zhǔn)流程，運行管理缺乏監(jiān)控與記錄跟蹤；

4)現(xiàn)場SCADA系統(tǒng)對直流側(cè)及低壓側(cè)監(jiān)控較多，但高壓側(cè)監(jiān)控較少，且缺乏設(shè)備運行狀態(tài)的分析[2]；

5)現(xiàn)場通常同時運行多個廠家的多套信息系統(tǒng)，相互之間孤立，缺乏協(xié)同，且給值班人員造成學(xué)習(xí)成本高、操作不便等問題；

6)集團(tuán)業(yè)主通常較難實時獲得電站發(fā)電信息，只能低效、被動地匯總旗下所有電站數(shù)據(jù)；

7)集團(tuán)技術(shù)人員、專家等只能被動等待現(xiàn)場申請?zhí)幚硪呻y問題，不能充分發(fā)揮他們的作用；

8)集團(tuán)運維工作改進(jìn)等決策缺乏運維經(jīng)營實際數(shù)據(jù)，很難做到科學(xué)決策。

2 電站生產(chǎn)運行管理系統(tǒng)研究

基于安全生產(chǎn)、保障效益、高效運維等設(shè)計思路，電站生產(chǎn)運行管理系統(tǒng)既要具備監(jiān)視所有設(shè)備運行數(shù)據(jù)、故障報警、異常預(yù)警等功能，同時還要兼顧生產(chǎn)技術(shù)管理、安全監(jiān)督管理、運行操作規(guī)程管理、物資管理，以及財務(wù)管理、人力資源管理、辦公管理等多項管理。這樣就形成了一套完整的電站級智能管理軟件，目標(biāo)是規(guī)范和制度化管理電站的運行維護(hù)及經(jīng)營活動[3]。

3 集中運營系統(tǒng)研究

基于集團(tuán)業(yè)主及其技術(shù)、經(jīng)營人員對旗下所有電站真實運行經(jīng)營數(shù)據(jù)的需求，在設(shè)計集中運營系統(tǒng)時，首先應(yīng)考慮各電站與集團(tuán)總部之間運行經(jīng)營信息的透明性，該系統(tǒng)應(yīng)能與各電站的生產(chǎn)運行管理系統(tǒng)無縫對接；其次，對接之后能存儲海量的電站設(shè)備運行數(shù)據(jù)及電站生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)，一方面為技術(shù)研究提供了實驗數(shù)據(jù)，另一方面為管理層做出科學(xué)決策提供了數(shù)據(jù)支撐；最后，提供高級應(yīng)用，如區(qū)域電站對標(biāo)分析、廠家設(shè)備質(zhì)量評估、電站質(zhì)量評價、投融資風(fēng)險評估等，從而全面指導(dǎo)電站生產(chǎn)及運營，甚至促進(jìn)新電站的建設(shè)能力[4]。

4 技術(shù)支撐

電站生產(chǎn)運行管理系統(tǒng)及集中運營系統(tǒng)在技術(shù)上都包含數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)展示這些環(huán)節(jié)。

1)數(shù)據(jù)采集可依托具備物聯(lián)網(wǎng)功能的數(shù)據(jù)采集器，能與電站各種設(shè)備或監(jiān)控系統(tǒng)通信；設(shè)備運行數(shù)據(jù)通過傳感器產(chǎn)生，并通過電力行業(yè)常用通信協(xié)議101、104或Modbus等將數(shù)據(jù)包上傳到采集器，采集器解析數(shù)據(jù)包、存儲實時數(shù)據(jù)、轉(zhuǎn)發(fā)實時數(shù)據(jù)到遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心。

2)數(shù)據(jù)存儲可分為電站運行數(shù)據(jù)存儲和生產(chǎn)經(jīng)營管理數(shù)據(jù)存儲。由于電站運行數(shù)據(jù)實時性強及數(shù)據(jù)量可呈海量增長，因此，可考慮通過互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的大數(shù)據(jù)平臺進(jìn)行管理，如專門為大數(shù)據(jù)而生的大數(shù)據(jù)平臺Hadoop，可通過其中的組件HBase、Hive來存儲海量歷史數(shù)據(jù)和分析數(shù)據(jù)。而電站生產(chǎn)經(jīng)營管理數(shù)據(jù)具備傳統(tǒng)的關(guān)系型結(jié)構(gòu)化特點，可采用高性能的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，如SQLServer、Oracle、MySQL等進(jìn)行管理。

3)數(shù)據(jù)分析主要包括對各種資源情況、運行狀況、經(jīng)營管理的指標(biāo)分析，以及故障診斷性、資源性預(yù)測預(yù)警分析。指標(biāo)分析可通過數(shù)據(jù)倉庫(如HIVE、SSAS)等BI技術(shù)來實現(xiàn)。預(yù)測預(yù)警分析則屬于數(shù)據(jù)挖掘范疇，需要具備數(shù)據(jù)建模、預(yù)測分類算法、數(shù)據(jù)挖掘準(zhǔn)確性驗證等功能的工具來實現(xiàn)，如傳統(tǒng)的BI工具SSAS提供基本的聚類分析、邏輯回歸、時序分析、決策樹、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等數(shù)據(jù)挖掘算法的實現(xiàn)；而在最新的大數(shù)據(jù)領(lǐng)域，Hadoop相關(guān)組件或編程框架提供更強大的數(shù)據(jù)挖掘、機器學(xué)習(xí)算法，如Spake、TensorFlow等工具平臺。

4)數(shù)據(jù)展示主要是將電站運行數(shù)據(jù)通過網(wǎng)站形式實時的、歷史的、分析的發(fā)布出去，通過線上軟件系統(tǒng)運行規(guī)范化、流程化的經(jīng)營管理方式，從而將一個和多個電站的生產(chǎn)運營管理全面實現(xiàn)信息化、智能化。技術(shù)實現(xiàn)上包括PC端數(shù)據(jù)展示系統(tǒng)和移動端APP，這些都是現(xiàn)在很成熟的互聯(lián)網(wǎng)和移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

5 系統(tǒng)架構(gòu)

對于集團(tuán)業(yè)主，投資運營了大量集中式或分布式光伏電站，站級生產(chǎn)運行管理系統(tǒng)及集團(tuán)級集中運營系統(tǒng)很有必要，這兩個系統(tǒng)可集成在一套軟件中，具體架構(gòu)如圖1所示。

集控中心遠(yuǎn)程建設(shè)在集團(tuán)總部，或應(yīng)用公有云資源，大量服務(wù)器資源負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)收集、存儲、分析及展示發(fā)布，從而形成一個大數(shù)據(jù)中心平臺，對電站端進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，向用戶端提供集中監(jiān)控運維管理系統(tǒng)及其移動APP。

圖1 站級生產(chǎn)運行管理系統(tǒng)與集團(tuán)級集中運營系統(tǒng)結(jié)合后的系統(tǒng)圖

6 結(jié)論

本文研究設(shè)計了適應(yīng)光伏電站特點的站級生產(chǎn)運行管理系統(tǒng)及集團(tuán)級集中運營系統(tǒng)。前者解決了現(xiàn)今光伏電站現(xiàn)場運維及經(jīng)營的一些痛點，通過一體化設(shè)計，集成了原本孤立難用的多套軟件系統(tǒng)，降低了學(xué)習(xí)成本，規(guī)范了運維人員操作，提高了生產(chǎn)安全性和工作效率；后者解決了電站經(jīng)營與總部經(jīng)營的信息透明性問題，同時充分發(fā)揮了技術(shù)研究人員的能力。通過物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的應(yīng)用，將有效解決當(dāng)前光伏電站運營過程中各種低效、高成本的問題，促進(jìn)光伏企業(yè)高效經(jīng)營管理。

[1] 張鑫.光伏智能電站建設(shè)與運維管理的探討[J].中國電力企業(yè)管理, 2014, (E1): 965－966.

[2] 姚焰華.光伏電站運維管理的分析與探討[J].科技創(chuàng)新,2014, (25): 73－74.

[3] 王哲,林艷海, 劉璇璇, 等.未來智能光伏電站幾點思考[J].太陽能, 2014, (9): 12－15.

[4] 檀庭方,李靖霞,吳世偉,等.基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的智能光伏電站集中運維系統(tǒng)設(shè)計與研究[J].太陽能, 2017, (9): 2－3.