光伏電站智能化精益運(yùn)檢管理淺談

劉美霞 鄭軍偉

【摘 ?要】在全球資源短缺的背景下，國(guó)家大力支持新能源技術(shù)的發(fā)展。光伏發(fā)電具有經(jīng)濟(jì)性和安全性等諸多優(yōu)勢(shì)成為能源轉(zhuǎn)型的方向。本文主要對(duì)光伏電站智能化運(yùn)檢管理進(jìn)行分析和闡述，以期提高光伏發(fā)電的安全性和效率。

【關(guān)鍵詞】光伏電站;智能化;運(yùn)檢管理

引言

近幾年來(lái)，中國(guó)生態(tài)文明建設(shè)水平不斷提高，治理污染受到國(guó)家的重視。在國(guó)家環(huán)保政策的支持下，光伏發(fā)電在中國(guó)迅速發(fā)展起來(lái)。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前中國(guó)的光伏電站容量已經(jīng)位居世界前列。光伏電站的運(yùn)維工作不僅關(guān)系到電站能否穩(wěn)定運(yùn)行，還關(guān)系到電站的運(yùn)維成本以及電站最終收益。所以對(duì)中國(guó)光伏電站的運(yùn)維管理進(jìn)行分析與探討是重中之重。

1光伏電站概述

光伏電站主要是由太陽(yáng)能電池矩陣、蓄電池組、控制設(shè)備、逆變器設(shè)備、太陽(yáng)能跟蹤控制系統(tǒng)等設(shè)備組成的一種利用太陽(yáng)能資源進(jìn)行發(fā)電的發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以與其他電網(wǎng)連接并傳輸電力。由于其在環(huán)保方面貢獻(xiàn)極大，所以光伏電站是目前中國(guó)鼓勵(lì)力度較大的一類的綠色能源開(kāi)發(fā)項(xiàng)目。一般情況下，太陽(yáng)能光伏電站主要分為兩種建設(shè)形式，一種是獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)，另一種是并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。二者的區(qū)別是前者含有蓄電池，后者沒(méi)有。現(xiàn)階段人們所說(shuō)的太陽(yáng)能發(fā)電大多是指的是光伏發(fā)電模式。

光伏電站能夠得到國(guó)家的支持，最大的原因就是其具有的環(huán)保性質(zhì)。太陽(yáng)能作為一種天然能源，其本身是不會(huì)枯竭的，光伏電站利用太陽(yáng)能進(jìn)行發(fā)電，在發(fā)電過(guò)程中，光伏電站不同于傳統(tǒng)的火力發(fā)電站，其具有噪聲小、綠色無(wú)污染以及操作安全等優(yōu)勢(shì)，對(duì)環(huán)境的影響幾乎可以忽略不計(jì)。另外，光伏發(fā)電對(duì)于工作地址沒(méi)有過(guò)多要求，實(shí)用性高，產(chǎn)生的能源質(zhì)量也較高。最后，光伏發(fā)電站的建設(shè)工期較短，能源產(chǎn)生時(shí)間較短，工作效率較高。由于光伏發(fā)電利用的是太陽(yáng)能，所以其主要劣勢(shì)在于太陽(yáng)能資源收集困難。我國(guó)幅員遼闊，但是氣候差異較大，一些地區(qū)的太陽(yáng)照射能量分布密度小，需要廣闊的覆蓋面積才能收集到足夠資源。另外，太陽(yáng)能資源的收集受到天氣、晝夜交替等非人為控制因素的影響，導(dǎo)致光伏電站無(wú)法連續(xù)不間斷的供應(yīng)和獲取能源，給發(fā)電工作造成困擾。

2光伏電站智能化運(yùn)維管理系統(tǒng)功能

要實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏電站的智能化運(yùn)維管理，必須建立智能化的運(yùn)維系統(tǒng)。智能化的運(yùn)維系統(tǒng)是一個(gè)集分析、判斷、評(píng)價(jià)等為一體的系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)日常指標(biāo)的評(píng)價(jià)，使電站設(shè)備處于多維的監(jiān)控狀態(tài)，能對(duì)發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行日常監(jiān)護(hù)，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中老化和存在問(wèn)題的組件，并根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫(kù)資源進(jìn)行分析評(píng)價(jià)、提供解決方案，若發(fā)生系統(tǒng)故障可及時(shí)發(fā)出告警，并自動(dòng)進(jìn)行處理。智能化運(yùn)維管理系統(tǒng)主要功能包括以下幾個(gè)方面：

1）監(jiān)控電站的建設(shè)情況，比對(duì)在建工程質(zhì)量和數(shù)據(jù)庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)，判斷分析監(jiān)控工程是否達(dá)標(biāo)。2）系統(tǒng)進(jìn)行故障自檢，若發(fā)現(xiàn)隱患會(huì)及時(shí)向業(yè)主上報(bào)電站的體檢分析報(bào)告，并對(duì)故障位置進(jìn)行精確定位，判斷故障類型，提出解決方案。3）綜合考慮光伏電站的地理環(huán)境和天氣狀況等所有情況，全方位搜集數(shù)據(jù)形成知識(shí)庫(kù)，推薦合適的防阻塞和除塵方案，合理規(guī)劃投入成本，幫助電站制定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行周期，確保電站收益最大化。4）通過(guò)與網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)互通共享，主動(dòng)收集分析周邊光伏電站信息和光照信息，在數(shù)字信息技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和云計(jì)算技術(shù)的支持下預(yù)測(cè)電站瞬時(shí)功率和年發(fā)電量，實(shí)現(xiàn)電站發(fā)電量的精細(xì)化管理。5）給光伏電站的技術(shù)人員提供差異化的數(shù)據(jù)支持和服務(wù)，保證電站的全面、快捷高效運(yùn)行。6）智能化管理技術(shù)可以為未來(lái)電站的設(shè)計(jì)規(guī)劃和設(shè)備管理提供經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，保證新設(shè)備在投入、使用和維護(hù)等環(huán)節(jié)進(jìn)行最佳匹配。

3光伏電站智能化運(yùn)檢管理系統(tǒng)

3.1搭建光伏電站大數(shù)據(jù)分析預(yù)警系統(tǒng)

光伏電站的數(shù)量和規(guī)模不斷增長(zhǎng)，光伏設(shè)備管理難度日益增加。其困境在于無(wú)法實(shí)時(shí)捕捉設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，分析設(shè)備故障原因，準(zhǔn)確判斷故障點(diǎn)，導(dǎo)致設(shè)備檢修時(shí)間較長(zhǎng)，損失電量較高。光伏大數(shù)據(jù)分析預(yù)警系統(tǒng)是一種以光伏電站實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過(guò)相似性原理建模技術(shù)產(chǎn)生估算值，對(duì)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，將實(shí)際值與估算值進(jìn)行分析比較，對(duì)設(shè)備變化趨勢(shì)進(jìn)行判斷，對(duì)潛在故障隱患做出提前警示，將設(shè)備的監(jiān)測(cè)、分析、評(píng)估、管理、決策等相關(guān)信息流和工作流實(shí)時(shí)推送至相關(guān)專業(yè)和部門(mén)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備在線監(jiān)測(cè)診斷，根據(jù)大數(shù)據(jù)的分析的結(jié)果，預(yù)見(jiàn)設(shè)備故障，逐步實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修，從而提高光伏場(chǎng)站可靠性，降低檢修成本，縮短檢修時(shí)間。

3.2集中運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)研究

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

基于集團(tuán)業(yè)主及其技術(shù)、經(jīng)營(yíng)人員對(duì)旗下所有電站真實(shí)運(yùn)行經(jīng)營(yíng)數(shù)據(jù)的需求，在設(shè)計(jì)集中運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)時(shí)，首先應(yīng)考慮各電站與集團(tuán)總部之間運(yùn)行經(jīng)營(yíng)信息的透明性，該系統(tǒng)應(yīng)能與各電站的生產(chǎn)運(yùn)行管理系統(tǒng)無(wú)縫對(duì)接;其次，對(duì)接之后能存儲(chǔ)海量的電站設(shè)備運(yùn)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(shí)驗(yàn)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(jí)應(yīng)用，如區(qū)域電站對(duì)標(biāo)分析、廠家設(shè)備質(zhì)量評(píng)估、電站質(zhì)量評(píng)價(jià)、投融資風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等，從而全面指導(dǎo)電站生產(chǎn)及運(yùn)營(yíng)，甚至促進(jìn)新電站的建設(shè)能力。

3.3光伏電站網(wǎng)格化管理

網(wǎng)格化管理的思想就是將光伏電站按照一定需求劃分成若干網(wǎng)格單元，根據(jù)光伏電站山坡朝向差異大、地形復(fù)雜、高差變化大、陣列分散、分區(qū)復(fù)雜等特點(diǎn)，利用陣列布置特點(diǎn)、電氣系統(tǒng)的連接及檢修便利性等特點(diǎn)劃分不同的網(wǎng)格區(qū)域，所有設(shè)備處于不同的網(wǎng)格區(qū)域范圍內(nèi)網(wǎng)格化管理助推光伏電站無(wú)人機(jī)巡檢及故障定位。光伏電站使用無(wú)人機(jī)搭載紅外成像裝置結(jié)合光伏電站網(wǎng)格化管理思想，采用分區(qū)域、劃片巡檢方式使得組串與組件的對(duì)比工作簡(jiǎn)單化。由于同區(qū)域內(nèi)光伏發(fā)電單元的運(yùn)行工況基本一致，觀察范圍特定，能夠更容易識(shí)別定位組件表面破損、斷柵、缺角、碎片、二極管故障、草木遮擋、灰塵、鳥(niǎo)糞、其他污跡等等故障及污損，準(zhǔn)確率達(dá)到98%以上。根據(jù)無(wú)人機(jī)巡視情況結(jié)合網(wǎng)格化信息，運(yùn)維人員能快速找到設(shè)備故障點(diǎn)，避免人工巡視受地形影響，無(wú)法到達(dá)某些區(qū)域，從而產(chǎn)生巡檢盲點(diǎn)，更避免了山地光伏人員巡視可能產(chǎn)生的人員安全隱患。

3.4注重信息共享，構(gòu)建優(yōu)勢(shì)信息交流通道

在電站運(yùn)維管理中，信息的有效共享對(duì)提升運(yùn)維質(zhì)量存在積極影響。對(duì)此，可依托信息技術(shù)、通信技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，聯(lián)系已有經(jīng)驗(yàn)構(gòu)建完善而科學(xué)的信息系統(tǒng)，為電站運(yùn)維操作人員、設(shè)備生產(chǎn)制造企業(yè)、電站運(yùn)維管理人員的溝通與交流提供平臺(tái)。以提升設(shè)備應(yīng)用質(zhì)量，保證電站故障的及時(shí)發(fā)現(xiàn)、上報(bào)與處理。

結(jié)語(yǔ)

我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，在國(guó)家政策的引導(dǎo)下，光伏電站的運(yùn)行逐漸多元化，為了更好地提供發(fā)電服務(wù)，保障電站的安全高效運(yùn)行，智能化運(yùn)維是未來(lái)光伏電站運(yùn)維技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，不僅可降低運(yùn)營(yíng)成本、提高電站收益，綜合優(yōu)勢(shì)也很明顯。

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（作者單位：魯能新能源（集團(tuán)）有限公司陜西分公司）