光伏發(fā)電系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)設(shè)計(jì)及其穩(wěn)定性應(yīng)用的實(shí)踐探索
——以“源網(wǎng)荷”一體智能光伏實(shí)驗(yàn)室電網(wǎng)項(xiàng)目為例

張富建

（廣州市機(jī)電技師學(xué)院，廣東廣州 510435）

光伏發(fā)電系統(tǒng)是一種以太陽(yáng)能為主要能源的發(fā)電系統(tǒng)，其因具有清潔、環(huán)保、可再生等優(yōu)勢(shì)而被廣泛應(yīng)用。加快發(fā)展光伏發(fā)電等可再生能源是我國(guó)構(gòu)建清潔低碳、安全高效能源體系的重大舉措。據(jù)國(guó)際能源署（IEA）發(fā)布的《可再生能源2020》，到2025 年，太陽(yáng)能光伏發(fā)電將占新能源新增裝機(jī)容量的60%［1］。在穩(wěn)步推進(jìn)“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的背景下，我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)正通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新塑造高質(zhì)量發(fā)展新優(yōu)勢(shì)，而光伏電站的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)運(yùn)維是保證電站長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行和發(fā)電效益最大化的重要一環(huán)。傳統(tǒng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)方法需要頻繁前往現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行人工巡檢和數(shù)據(jù)采集，需投入大量的人力、物力和時(shí)間，尤其是需要對(duì)每個(gè)發(fā)電站進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理，以及對(duì)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、傳輸、存儲(chǔ)和分析，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的工作量巨大、數(shù)據(jù)分析難度高。同時(shí)，傳統(tǒng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)無(wú)法及時(shí)、準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)電站故障信息，需要運(yùn)維人員從本地監(jiān)控平臺(tái)上讀取、申報(bào)，人力成本高、故障響應(yīng)慢，嚴(yán)重影響光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電收益。此外，一些光伏發(fā)電站建設(shè)地點(diǎn)偏遠(yuǎn)、運(yùn)維人員經(jīng)驗(yàn)不足、運(yùn)維操作不規(guī)范，容易引發(fā)安全事故。為實(shí)現(xiàn)智能化管理和保障運(yùn)行穩(wěn)定，需要設(shè)計(jì)高質(zhì)量的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，這對(duì)于保障光伏發(fā)電系統(tǒng)的正常運(yùn)行和提高系統(tǒng)性能具有重要實(shí)踐價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

1 光伏發(fā)電系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展方向

近年來(lái)，許多學(xué)者對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與穩(wěn)定性進(jìn)行了廣泛的研究。如朱志勇等［2］提出了基于物聯(lián)網(wǎng)的太陽(yáng)能發(fā)電遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案；葉廣等［3］構(gòu)建了數(shù)字化監(jiān)控監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，用于監(jiān)測(cè)發(fā)電企業(yè)高風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)；張波［4］、董文敏［5］、羅樂(lè)［6］、佘慶軍等［7］學(xué)者分別對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)技術(shù)、參數(shù)監(jiān)測(cè)與性能評(píng)估系統(tǒng)進(jìn)行了研究，并提出了相應(yīng)的設(shè)計(jì)方案和方法；郭大亮［8］和齊仁龍等［9］則分別針對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和工業(yè)以太網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化與設(shè)計(jì)?，F(xiàn)階段，光伏發(fā)電系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)設(shè)計(jì)和應(yīng)用的相關(guān)研究主要集中在以下兩個(gè)方面：一是在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)層面上，如何充分有效接入新興的科技力量，物聯(lián)網(wǎng)、云存儲(chǔ)、云技術(shù)成為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)突破點(diǎn)；另一方面，是關(guān)于遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用的最大難點(diǎn)，即系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性問(wèn)題。

隨著科技的進(jìn)步，數(shù)字化和智能化的趨勢(shì)正在越來(lái)越明顯地影響著光伏電站的運(yùn)維檢修技術(shù)，推動(dòng)光伏電站運(yùn)維檢修走向更高效、智能和環(huán)保的方向。包括：通過(guò)安裝各類(lèi)傳感器和設(shè)備實(shí)時(shí)收集光伏電站的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)上傳到云端進(jìn)行存儲(chǔ)和分析，幫助運(yùn)維人員了解電站的運(yùn)行狀態(tài)、及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理問(wèn)題；通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)技術(shù)，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和當(dāng)前數(shù)據(jù)，智能預(yù)測(cè)與診斷故障，以便及時(shí)采取措施進(jìn)行處理；通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)電站的遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制；通過(guò)大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)，根據(jù)電站的運(yùn)行數(shù)據(jù)和環(huán)境數(shù)據(jù)，自動(dòng)優(yōu)化電站的運(yùn)行策略以提高發(fā)電效率；等。

2021 年，廣州市機(jī)電技師學(xué)院以學(xué)校綜合樓樓頂1 200 m2光伏發(fā)電場(chǎng)景為基礎(chǔ)，改造接入教學(xué)區(qū)、綜合樓交流負(fù)荷，構(gòu)建集“源網(wǎng)荷”一體的智能光伏實(shí)驗(yàn)室電網(wǎng)項(xiàng)目（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“電網(wǎng)項(xiàng)目”）。該電網(wǎng)項(xiàng)目關(guān)鍵的研究目標(biāo)為，在其實(shí)施遠(yuǎn)程監(jiān)控功能的各個(gè)模塊設(shè)計(jì)中有效融入物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等相關(guān)技術(shù)，同時(shí)也在實(shí)踐中對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行研究。

2 電網(wǎng)項(xiàng)目遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)技術(shù)分析與模塊設(shè)計(jì)

2.1 遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)技術(shù)需求分析與探索

電網(wǎng)項(xiàng)目采用光伏建筑一體化（BIPV）的方式建設(shè)分布式光伏電站，屋頂面積約1 200 m2，采用高效單晶組件（450 W/片），另外還有拆裝教學(xué)實(shí)驗(yàn)用200 m2，采用高效單晶組件（360 W/片），建設(shè)規(guī)模（裝機(jī)容量）為231.75 kWp。

結(jié)合現(xiàn)階段的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，電網(wǎng)項(xiàng)目研究團(tuán)隊(duì)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“研究團(tuán)隊(duì)”）在構(gòu)建遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的過(guò)程中著重對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)和數(shù)據(jù)分析技術(shù)進(jìn)行探索和運(yùn)用，圍繞每個(gè)核心技術(shù)的應(yīng)用來(lái)設(shè)計(jì)和構(gòu)建相應(yīng)的功能模塊。電網(wǎng)項(xiàng)目的光伏發(fā)電系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)”）技術(shù)需求如圖1 所示。

圖1 光伏發(fā)電系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)的技術(shù)需求

2.2 遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)模塊設(shè)計(jì)

研究團(tuán)隊(duì)結(jié)合學(xué)校的實(shí)際教學(xué)需求，以瀏覽器加服務(wù)器（browser/server，B/S）的B/S 架構(gòu)作為遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)的主體，同時(shí)配備服務(wù)器-客戶(hù)機(jī)（client/server,C/S）結(jié)構(gòu)模式，兼顧了瀏覽器/服務(wù)器架構(gòu)兼容性好、易擴(kuò)展、維護(hù)方便、共享性強(qiáng)的特點(diǎn)，在數(shù)據(jù)傳輸模塊、數(shù)據(jù)處理模塊以及可視化呈現(xiàn)模塊的設(shè)計(jì)和實(shí)踐上進(jìn)行了較為深入的研究和探索。遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)模塊的具體設(shè)計(jì)如圖2 所示。

2.2.1 數(shù)據(jù)信息傳遞模塊與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊設(shè)計(jì)

光伏發(fā)電系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息的采集、傳輸、規(guī)整、存儲(chǔ)與交互是遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)中國(guó)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)平臺(tái)的關(guān)鍵點(diǎn)。優(yōu)異的數(shù)據(jù)信息傳遞模塊是光伏發(fā)電系統(tǒng)獲取實(shí)時(shí)、可靠、穩(wěn)定數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)［10］，是遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)全面監(jiān)測(cè)和維護(hù)的關(guān)鍵，可以保證光伏發(fā)電系統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性和可靠性。數(shù)據(jù)傳遞模塊負(fù)責(zé)采集、規(guī)整和傳輸光伏發(fā)電系統(tǒng)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，包括光伏組件實(shí)時(shí)電壓電流、環(huán)境溫度濕度、光照度、逆變器轉(zhuǎn)換效率、電表累計(jì)上網(wǎng)電量等。信息采集模塊通過(guò)遠(yuǎn)程通信和云端架構(gòu)實(shí)現(xiàn)信息的快速傳輸，支持多種通信協(xié)議，如傳輸控制協(xié)議（TCP）/網(wǎng)際協(xié)議（IP）協(xié)議、Web 服務(wù)和文件傳輸協(xié)議（FTP）等，將光伏發(fā)電系統(tǒng)生態(tài)網(wǎng)中光伏發(fā)電、環(huán)境系統(tǒng)、配電系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行信息進(jìn)行采集并上傳至云端，完成場(chǎng)景的數(shù)字化、信息化，保證數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。在信息傳輸模塊中采用高效的數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)可以大大提高傳輸效率。信息存儲(chǔ)模塊負(fù)責(zé)將光伏發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在云服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中管理和存儲(chǔ)，方便數(shù)據(jù)的訪(fǎng)問(wèn)和管理。該模塊支持多種數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，如MySQL、MongoDB 和Oracle 等，可以滿(mǎn)足不同用戶(hù)對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的需求，并且支持多種數(shù)據(jù)類(lèi)型的ms 級(jí)快速存取與熱存取，例如監(jiān)控視頻、現(xiàn)場(chǎng)圖像、文本文件等，滿(mǎn)足了信息多元化、多樣化、多維化的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)需求。

此外，遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)還有數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)交互功能，允許用戶(hù)根據(jù)需要隨時(shí)訪(fǎng)問(wèn)需要的數(shù)據(jù)。其中，信息實(shí)時(shí)交互模塊負(fù)責(zé)從存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)中查詢(xún)用戶(hù)需要的數(shù)據(jù)，并將其從遠(yuǎn)程服務(wù)器傳輸?shù)接脩?hù)終端。該模塊提供了多種數(shù)據(jù)提取方式，如Web 服務(wù)、FTP、郵件和短信等，用戶(hù)可以根據(jù)需求選擇不同的提取方式。

2.2.2 數(shù)據(jù)分析處理模塊的設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)分析處理模塊包括實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)分析、故障診斷和報(bào)警提醒等功能。通過(guò)數(shù)據(jù)分析結(jié)果提供能源管理決策支持，如能源消耗預(yù)測(cè)、能源使用優(yōu)化、能源效率評(píng)估等，實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)系統(tǒng)性能的評(píng)估和優(yōu)化，并給出實(shí)時(shí)的評(píng)估結(jié)果和優(yōu)化建議。在數(shù)據(jù)處理的功能模塊設(shè)計(jì)中，可采用數(shù)據(jù)挖掘的方法對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并通過(guò)建立光伏發(fā)電系統(tǒng)未來(lái)運(yùn)行預(yù)測(cè)模型，對(duì)系統(tǒng)目前的運(yùn)行情況提出合理的調(diào)整建議。同時(shí)，該模塊還能對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的能耗進(jìn)行分析，并基于此預(yù)測(cè)出系統(tǒng)的負(fù)荷大小，為系統(tǒng)的管理提供參考。此外，數(shù)據(jù)處理功能模塊在收集和分析資料數(shù)據(jù)的同時(shí)，能夠在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)則根據(jù)設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行故障排查與診斷、報(bào)警提醒和維護(hù)。數(shù)據(jù)處理功能模塊常用的數(shù)據(jù)分析方法如表1 所示。

表1 光伏發(fā)電系統(tǒng)常用數(shù)據(jù)分析方法

2.2.3 可視化數(shù)據(jù)界面和遠(yuǎn)程控制功能模塊的設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)可視化呈現(xiàn)和遠(yuǎn)程控制功能是遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)的核心功能之一，設(shè)計(jì)的目的是讓用戶(hù)能夠通過(guò)直觀、易懂的界面實(shí)時(shí)了解光伏發(fā)電系統(tǒng)的各項(xiàng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，并能夠通過(guò)遠(yuǎn)程系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行調(diào)整和操作［11］。在設(shè)計(jì)時(shí)，需要選擇合適的用戶(hù)界面（UI）控件，如圖表、文本框等，以展示光伏發(fā)電系統(tǒng)所采集到的數(shù)據(jù)。在實(shí)現(xiàn)可視化界面的過(guò)程中，需要考慮用戶(hù)使用體驗(yàn)，讓他們易于理解，因此界面布局需合理、美觀且易于操作；同時(shí)，還應(yīng)該考慮界面的跨平臺(tái)兼容性，以保證在不同的設(shè)備上都能夠正常顯示。如圖3、圖4 所示。遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)通過(guò)對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)和管理，具有提高光伏發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性、優(yōu)化運(yùn)行效率、降低運(yùn)維成本、實(shí)現(xiàn)智能化管理等重要作用。

圖3 光伏發(fā)電系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)可視化管理界面示例

圖4 電網(wǎng)項(xiàng)目光伏發(fā)電功率監(jiān)測(cè)可視化界面示例

3 遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)穩(wěn)定性應(yīng)用實(shí)踐

在遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)的安裝調(diào)試及運(yùn)營(yíng)管理過(guò)程中，電網(wǎng)項(xiàng)目管理團(tuán)隊(duì)針對(duì)項(xiàng)目光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行了有效的故障管理。主要常見(jiàn)故障及其管理工作要點(diǎn)總結(jié)如下：

一是關(guān)于通信故障管理。通信故障是光伏發(fā)電系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)中最為常見(jiàn)的故障之一，主要類(lèi)型如表2 所示。其影響主要有以下幾方面：首先，可能導(dǎo)致實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的丟失或延遲，從而影響實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理光伏發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)；其次，可能導(dǎo)致光伏發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)無(wú)法及時(shí)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)，如果遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)無(wú)法及時(shí)處理這些數(shù)據(jù)，可能會(huì)對(duì)后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和決策產(chǎn)生不利的影響。此外，通信故障還可能導(dǎo)致無(wú)法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行在線(xiàn)升級(jí)和調(diào)試，使得問(wèn)題無(wú)法被及時(shí)解決和修復(fù)。為解決通信故障，首先應(yīng)加強(qiáng)對(duì)通信設(shè)備的維護(hù)和管理，及時(shí)更新和維修硬件設(shè)備以保證其穩(wěn)定性和可靠性；其次，應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)耐ㄐ艆f(xié)議和技術(shù)，以確保數(shù)據(jù)的可靠傳輸和實(shí)時(shí)處理。此外，要加強(qiáng)光伏發(fā)電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的安全管理，防止系統(tǒng)被黑客攻擊和病毒感染等。

表2 光伏發(fā)電系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)通信故障的主要類(lèi)型

二是關(guān)于數(shù)據(jù)異常的管理。光伏發(fā)電遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中硬件設(shè)備由自身或者環(huán)境影響導(dǎo)致運(yùn)行異常，同時(shí)傳感器、逆變器和檢測(cè)設(shè)備等的靈敏度、精準(zhǔn)度降低會(huì)產(chǎn)生功率不符、數(shù)據(jù)缺失不連貫、數(shù)值超范圍等異常數(shù)據(jù)，包含數(shù)據(jù)值異常和數(shù)據(jù)傳輸異常兩種情況。數(shù)據(jù)值異常是通過(guò)將監(jiān)測(cè)值與預(yù)期值進(jìn)行比較來(lái)界定的，常見(jiàn)的有發(fā)電量異常、溫度異常、電流、電壓異常等。以發(fā)電量數(shù)據(jù)異常為例，光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量通常是根據(jù)天氣狀況、光照強(qiáng)度和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等因素預(yù)測(cè)的，如果實(shí)際的發(fā)電量與預(yù)期值相差較大，例如，系統(tǒng)預(yù)測(cè)某天的發(fā)電量為800 kW·h，但實(shí)際發(fā)電量只有600 kW·h，這就是數(shù)據(jù)異常的一種表現(xiàn)。另一方面，數(shù)據(jù)傳輸異常也是數(shù)據(jù)異常的一種表現(xiàn)。光伏發(fā)電遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)街醒氡O(jiān)控中心進(jìn)行分析和處理。如果在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，連接監(jiān)控主機(jī)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的通信出現(xiàn)錯(cuò)誤或偶爾中斷，就可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)異常。例如，系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到某個(gè)光伏電池組件的數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中丟失了一部分或全部數(shù)據(jù)，就可以判斷為數(shù)據(jù)傳輸異常。光伏發(fā)電系統(tǒng)數(shù)據(jù)異常的主要影響因素如表3 所示。針對(duì)異常數(shù)據(jù)問(wèn)題，可采取多種措施加以解決。首先，可以定期檢查系統(tǒng)中的設(shè)備和相關(guān)傳感器是否正常工作，并且及時(shí)清潔光伏電池等設(shè)備；其次，在系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中，可以通過(guò)周期性的人工手動(dòng)校準(zhǔn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和及時(shí)性；最后，使用高質(zhì)量的自動(dòng)化設(shè)備自動(dòng)監(jiān)測(cè)和更新數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)的及時(shí)性和準(zhǔn)確性。采取適當(dāng)?shù)拇胧┛梢詼p少數(shù)據(jù)異常對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)性能的影響，提高遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)功能的可靠性和運(yùn)行穩(wěn)定性。

表3 光伏發(fā)電系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)數(shù)據(jù)異常故障的主要影響因素

三是關(guān)于系統(tǒng)故障的管理。系統(tǒng)故障指系統(tǒng)硬件或軟件部分的異?；蝈e(cuò)誤導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法正常工作或性能下降，包括硬件和軟件問(wèn)題，具體如表4 所示。系統(tǒng)故障對(duì)發(fā)電系統(tǒng)性能的影響主要有以下幾個(gè)方面：首先，會(huì)導(dǎo)致發(fā)電系統(tǒng)停機(jī)或發(fā)電效率降低，從而影響發(fā)電能力和經(jīng)濟(jì)效益；其次，會(huì)延誤故障處理時(shí)間，包括人力排查故障并進(jìn)行維修的時(shí)間，則會(huì)進(jìn)一步造成經(jīng)濟(jì)上的損失；最后，會(huì)影響數(shù)據(jù)收集和分析，導(dǎo)致遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)無(wú)法獲取到正確的數(shù)據(jù)，無(wú)法準(zhǔn)確評(píng)估系統(tǒng)運(yùn)行情況和進(jìn)行及時(shí)調(diào)整［12］。為解決系統(tǒng)故障問(wèn)題，可以加強(qiáng)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)設(shè)備檢修、維護(hù)工作，以保持其良好的正常運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行定期升級(jí)或更新，保證軟件版本的兼容性和穩(wěn)定性；此外，還可以加強(qiáng)電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性的管理，減少電網(wǎng)波動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的影響。

表4 光伏發(fā)電系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)系統(tǒng)故障的主要類(lèi)型

4 實(shí)踐應(yīng)用價(jià)值

廣州市機(jī)電技師學(xué)院“源網(wǎng)荷”一體智能光伏實(shí)驗(yàn)室電站于2022 年9 月份與南方電網(wǎng)并網(wǎng)發(fā)電，發(fā)電自用、余額上網(wǎng)，經(jīng)過(guò)近1 年時(shí)間的運(yùn)營(yíng)，通過(guò)應(yīng)用上述設(shè)計(jì)構(gòu)建的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了光伏發(fā)電系統(tǒng)有效的現(xiàn)場(chǎng)和遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)管理。并網(wǎng)發(fā)電以來(lái)發(fā)電量監(jiān)測(cè)主要情況分別如圖5、圖6 所示。

圖5 電網(wǎng)項(xiàng)目實(shí)施以來(lái)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)對(duì)光伏分布系統(tǒng)發(fā)電量的月度監(jiān)測(cè)情況

圖6 電網(wǎng)項(xiàng)目2023 年1～7 月光伏分布系統(tǒng)發(fā)電量

我國(guó)目前仍執(zhí)行國(guó)家能源局2013 年發(fā)布的《分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目管理暫行辦法》，要求電網(wǎng)企業(yè)采用先進(jìn)技術(shù)優(yōu)化電網(wǎng)運(yùn)行管理，為分布式光伏發(fā)電運(yùn)行提供系統(tǒng)支撐，保障電力用戶(hù)安全用電。光伏發(fā)電系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)的應(yīng)用，首先，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行管理光伏發(fā)電系統(tǒng)，同時(shí)可以提升電站的發(fā)電效率和穩(wěn)定性，對(duì)光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有巨大的推動(dòng)作用，促進(jìn)光伏產(chǎn)業(yè)向自動(dòng)化、數(shù)字化、智能化發(fā)展，提高光伏發(fā)電的規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化和可持續(xù)化的發(fā)展水平，這與劉軍等［13］的研究相呼應(yīng)，政府通過(guò)加強(qiáng)政策支持、推動(dòng)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化、注重安全和隱私保護(hù)以及支持技術(shù)研發(fā)和創(chuàng)新，可以更好地促進(jìn)分布式光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。此外，在國(guó)家發(fā)展建設(shè)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)、能源互聯(lián)網(wǎng)的大背景下，光伏電站等新能源發(fā)電工程的運(yùn)行效率提升也是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能升級(jí)、最終建成能源互聯(lián)網(wǎng)的重要舉措。

其次，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電系統(tǒng)的全面遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和管理，提高操作效率，從而實(shí)現(xiàn)提高能效的目的。可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理系統(tǒng)故障和異常，減少因故障造成的停機(jī)時(shí)間，提高系統(tǒng)的可用性和穩(wěn)定性；通過(guò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的操作數(shù)據(jù)和表現(xiàn)指標(biāo)，可以及時(shí)評(píng)估系統(tǒng)性能并優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行策略，提高系統(tǒng)能源輸出效率，降低能源損失并節(jié)約能源成本。此外，通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理光伏發(fā)電系統(tǒng)，還可以精準(zhǔn)控制光伏發(fā)電的輸出功率和電量，進(jìn)一步提高能效，推動(dòng)能源可持續(xù)發(fā)展。

第三，推動(dòng)清潔能源應(yīng)用，促進(jìn)環(huán)境保護(hù)。一方面，傳統(tǒng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)需要人工巡檢和維護(hù)，耗費(fèi)人力和時(shí)間成本。而遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控和遠(yuǎn)程維護(hù)，減少人為巡檢和維護(hù)的需求，降低對(duì)環(huán)境的人為干擾。另一方面，光伏發(fā)電獲取的是清潔能源，其科學(xué)合理的應(yīng)用可以有效促進(jìn)人類(lèi)社會(huì)減少對(duì)傳統(tǒng)化石能源的依賴(lài)。遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)能提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行效率，為實(shí)現(xiàn)清潔能源的廣泛應(yīng)用提供重要支持，促進(jìn)光伏發(fā)電的進(jìn)一步普及，從而推動(dòng)全球能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)可持續(xù)發(fā)展，從而推動(dòng)世界環(huán)境保護(hù)工作的開(kāi)展。

最后，為智慧城市的智能應(yīng)用和管理提供支持。隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快和城市人口的持續(xù)增長(zhǎng)，城市能源需求和環(huán)境壓力不斷加大，遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)可以通過(guò)信息化手段實(shí)現(xiàn)城市光伏發(fā)電系統(tǒng)的智能監(jiān)控和管理，提高城市能源利用效率和環(huán)保水平。另一方面，光伏發(fā)電系統(tǒng)是可再生能源開(kāi)發(fā)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)的建設(shè)和應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)與其他能源系統(tǒng)之間的有機(jī)結(jié)合和互動(dòng)，推動(dòng)能源互聯(lián)網(wǎng)和智能電網(wǎng)的發(fā)展與應(yīng)用。

5 結(jié)論

光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)備的成本較高，其設(shè)備性能、系統(tǒng)狀態(tài)直接影響用戶(hù)的用電體驗(yàn)以及企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)綜合效益等方面。本研究基于廣州市機(jī)電技師學(xué)院“源網(wǎng)荷”一體的智能光伏實(shí)驗(yàn)室電網(wǎng)項(xiàng)目的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)踐，探索具有較高可行性和實(shí)用價(jià)值的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)設(shè)計(jì)思路及其應(yīng)用穩(wěn)定性控制措施。首先，在遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)設(shè)計(jì)中融合多項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用方法，通過(guò)云計(jì)算大數(shù)據(jù)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等技術(shù)，有效將信息數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲(chǔ)和提取等功能模塊，以及數(shù)據(jù)分析處理功能模塊、數(shù)據(jù)可視化模塊融入設(shè)計(jì)應(yīng)用中，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的全運(yùn)行過(guò)程管理；其次，對(duì)實(shí)施遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)的穩(wěn)定性運(yùn)行中遇到的主要故障問(wèn)題及其相應(yīng)的管理應(yīng)對(duì)手段進(jìn)行了總結(jié)。以上研究工作和成果一期可為分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)相關(guān)研究和管理實(shí)踐提供參考。

在未來(lái)的工作中，應(yīng)進(jìn)一步提高光伏發(fā)電系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)的智能化水平，優(yōu)化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析算法，并實(shí)現(xiàn)自主智能決策功能，以滿(mǎn)足復(fù)雜環(huán)境下的管理需求；同時(shí)，在技術(shù)開(kāi)發(fā)中，要著重人工智能與大數(shù)據(jù)技術(shù)的結(jié)合運(yùn)用，探索光伏發(fā)電系統(tǒng)的預(yù)測(cè)性維護(hù)和故障診斷模式，不斷提高系統(tǒng)的可靠性和安全性。