光伏智能監(jiān)控平臺(tái)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

郭凱華，丁 寧，胡俊葵，董 明

（華能上安電廠，河北石家莊 050399）

0 引言

為實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和戰(zhàn)略目標(biāo)，各地大力推進(jìn)分布式光伏的建設(shè)，推動(dòng)新能源生成和消費(fèi)。企業(yè)投資建設(shè)的光伏電站數(shù)量、規(guī)模都在逐年增加，大多數(shù)光伏發(fā)電企業(yè)的運(yùn)維管理水平或手段不能匹配電站建設(shè)的速度，導(dǎo)致光伏電站生產(chǎn)管理能力不足，光伏電站發(fā)電效率低下，企業(yè)利潤(rùn)得不到可靠保障。

1 光伏發(fā)電企業(yè)存在的問題

（1）由于分布式光伏建設(shè)時(shí)期不同、承建商不同等原因，企業(yè)選用的設(shè)備，尤其是逆變器也是來自不同品牌，致使采集數(shù)據(jù)上傳至各自的逆變器廠家平臺(tái)。光伏企業(yè)需要查看光伏數(shù)據(jù)只能在不同平臺(tái)之間切換。

（2）光伏企業(yè)需使用數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)匯總或展示時(shí)，只能通過手動(dòng)抄錄。此種方式增加了較大的工作量，在準(zhǔn)確性、及時(shí)性等方面也難以得到保證。

（3）光伏設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)大部分直接發(fā)送到設(shè)備廠商平臺(tái)，存在數(shù)據(jù)外泄等安全隱患。

（4）因數(shù)據(jù)分散在多個(gè)平臺(tái)，監(jiān)測(cè)、運(yùn)維不及時(shí)導(dǎo)致部分設(shè)備長(zhǎng)期處于低效運(yùn)行或故障停機(jī)狀態(tài)，直接影響了項(xiàng)目發(fā)電收益。

探索研究分布式光伏電站集中化運(yùn)營(yíng)可行性和應(yīng)用成效。通過“互聯(lián)網(wǎng)+”與光伏電站智能監(jiān)控的有效融合，將大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)在光伏電站集中監(jiān)控平臺(tái)，智能輔助決策、故障定位、移動(dòng)巡檢等功能中具體應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)各光伏企業(yè)對(duì)光伏電站的智能化、數(shù)字化運(yùn)維和可視化管理。

2 光伏智能監(jiān)控平臺(tái)設(shè)計(jì)

2.1 光伏智能監(jiān)控平臺(tái)技術(shù)方案

為保障信息安全，平臺(tái)項(xiàng)目安全防護(hù)框架體系遵循國(guó)家及公司網(wǎng)絡(luò)安全相關(guān)要求，針對(duì)系統(tǒng)面臨的主要安全風(fēng)險(xiǎn)，重點(diǎn)從邊界安全防護(hù)、應(yīng)用安全防護(hù)、數(shù)據(jù)安全防護(hù)、網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)、終端安全防護(hù)方面加強(qiáng)安全防護(hù)。光伏智慧運(yùn)維管控平臺(tái)部署在企業(yè)內(nèi)網(wǎng)，平臺(tái)主要由現(xiàn)場(chǎng)側(cè)、互聯(lián)網(wǎng)采集前置、企業(yè)內(nèi)網(wǎng)平臺(tái)、大屏展示側(cè)、移動(dòng)端應(yīng)用5 個(gè)部分構(gòu)成。平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

（1）分布式光伏采集數(shù)據(jù)經(jīng)防火墻后發(fā)送至互聯(lián)網(wǎng)側(cè)采集前置機(jī)。采集前置機(jī)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)接入、數(shù)據(jù)解密、生成e 文件，然后通過反向隔離傳輸?shù)綇S區(qū)內(nèi)網(wǎng)平臺(tái)。

（2）光伏管控平臺(tái)包括物聯(lián)采集中心、數(shù)據(jù)服務(wù)中心和光伏智能管理云平臺(tái)。云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析、計(jì)算和存儲(chǔ)，按用戶需要生成各種報(bào)表、全過程閉環(huán)管理工單、分類及自動(dòng)推送的報(bào)警，并提供對(duì)外服務(wù)。

（3）監(jiān)控展示大屏實(shí)現(xiàn)分布式項(xiàng)目運(yùn)行狀況的全景監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)大屏數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及分析計(jì)算，由大屏終端機(jī)通過企業(yè)內(nèi)網(wǎng)直接訪問展示。

（4）移動(dòng)應(yīng)用客戶端，可以通過手機(jī)安裝APP，由手機(jī)客戶端軟件通過企業(yè)內(nèi)網(wǎng)直接訪問展示，可以實(shí)現(xiàn)分布式項(xiàng)目運(yùn)行狀況的全景監(jiān)測(cè)。

2.2 光伏電站數(shù)據(jù)采集

分布式光伏電站數(shù)據(jù)采集的對(duì)象主要為光伏逆變器。數(shù)據(jù)采集方式包括加裝數(shù)據(jù)采集器、第三方平臺(tái)數(shù)據(jù)接入兩種方式。增量光伏項(xiàng)目以加裝數(shù)據(jù)采集器方式實(shí)現(xiàn)，存量光伏項(xiàng)目如具備條件則通過第三方平臺(tái)接入。

（1）逆變器數(shù)據(jù)直接采集。新增的光伏項(xiàng)目，在每個(gè)逆變器設(shè)備上加裝一臺(tái)數(shù)據(jù)采集器，使用RS485 接口讀取逆變器運(yùn)行信息，經(jīng)過協(xié)議轉(zhuǎn)換處理后，使用無(wú)線通信方式加密后將數(shù)據(jù)發(fā)送給遠(yuǎn)程服務(wù)器?；谶\(yùn)營(yíng)商APN/VPN 專網(wǎng)接入主站的終端SIM 卡進(jìn)行白名單控制，阻止非法終端接入，SIM 卡與采集終端綁定，關(guān)閉不必要端口，并使用專用通道進(jìn)行加密傳輸。基于SSL/SASL 構(gòu)建加密傳輸通道，利用基于終端設(shè)備證書簽名驗(yàn)簽的方式，進(jìn)行終端身份鑒別和訪問控制，阻止非法終端接入，保證數(shù)據(jù)安全。

（2）第三方平臺(tái)數(shù)據(jù)接入。對(duì)于已建的存量光伏項(xiàng)目，綜合考慮技術(shù)可行性及經(jīng)濟(jì)性，通過對(duì)接逆變器廠商的監(jiān)控平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和運(yùn)行監(jiān)測(cè)。第三方平臺(tái)的光伏數(shù)據(jù)采用e 文件形式進(jìn)行推送，頻率為15 min，平臺(tái)定時(shí)進(jìn)行e 文件解析入庫(kù)。

2.3 光伏電站集中監(jiān)控

基于采集的光伏電站運(yùn)行數(shù)據(jù)，經(jīng)大數(shù)據(jù)分析處理，通過PC端、移動(dòng)端及監(jiān)控大屏進(jìn)行展示。使決策者能夠?qū)崟r(shí)掌握企業(yè)、電站的各項(xiàng)經(jīng)營(yíng)指標(biāo)；支撐運(yùn)維人員移動(dòng)化作業(yè)，且能實(shí)時(shí)了解電站、設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。智能監(jiān)控平臺(tái)如圖2 所示。

圖2 智能監(jiān)控平臺(tái)

（1）監(jiān)控平臺(tái)通過匯聚所有光伏電站的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行集中展示。監(jiān)控首頁(yè)整體布局包括左、中、右三部分，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)更新頻率為15 s；大屏中部為核心區(qū)域，以地圖方式展示已建電站的分布情況，頁(yè)面自動(dòng)輪循各站點(diǎn)并顯示選中站點(diǎn)的詳情信息，下方為所有站點(diǎn)當(dāng)年總發(fā)電量；大屏左側(cè)包括裝機(jī)容量信息、分布式光伏及集中式光伏建設(shè)情況、當(dāng)日發(fā)電功率；大屏右側(cè)為節(jié)能減排效果、發(fā)電量及發(fā)電功率信息、當(dāng)月發(fā)電趨勢(shì)分析；同時(shí)每15 s 生成一個(gè)碳減排量氣泡。

（2）村鎮(zhèn)級(jí)分布式光伏用戶列表監(jiān)測(cè)，在地圖上點(diǎn)擊光伏電站彈出展示；頁(yè)面左側(cè)為該區(qū)縣的已安裝光伏的村鎮(zhèn)列表；右側(cè)為分光伏用戶卡片列表，優(yōu)先顯示發(fā)電異常的用戶。支持用戶搜索，左側(cè)村鎮(zhèn)1 min 定時(shí)自動(dòng)切換，用戶列表卡片如有分頁(yè)則10 s 自動(dòng)切換一頁(yè)，點(diǎn)擊用戶卡片跳轉(zhuǎn)到用戶詳情頁(yè)。

（3）分布式光伏用戶詳情，上側(cè)顯示用戶基本信息及實(shí)時(shí)發(fā)電功率、當(dāng)日發(fā)電量、當(dāng)月發(fā)電量、累計(jì)發(fā)電量等統(tǒng)計(jì)信息；下方用TAB 頁(yè)分布展示發(fā)電量趨勢(shì)、逆變器列表，發(fā)電量趨勢(shì)展示近30 日發(fā)電量趨勢(shì)，逆變器列表展示各臺(tái)設(shè)備基本信息及實(shí)時(shí)運(yùn)行信息。

（4）光伏逆變器監(jiān)測(cè)詳情，包括發(fā)電量、有功功率、無(wú)功功率、直流側(cè)功率、三相電流、電壓、功率、功率因數(shù)等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

（5）異常告警監(jiān)測(cè)，通過大數(shù)據(jù)綜合分析，精準(zhǔn)識(shí)別存在發(fā)電異常的設(shè)備并及時(shí)推送提醒。

2.4 光伏電站智能運(yùn)維

光伏智能監(jiān)控平臺(tái)集中展示分布式光伏逆變器的故障及告警信息，包括逆變器產(chǎn)生的故障告警和系統(tǒng)根據(jù)預(yù)設(shè)的告警閾值觸發(fā)的越限告警。告警預(yù)警界面上半部分顯示各類告警占比，下半部分顯示有告警場(chǎng)站列表，展示告警信息、告警狀態(tài)、告警設(shè)備及告警時(shí)間，點(diǎn)擊可查看實(shí)時(shí)告警數(shù)據(jù)及曲線。后臺(tái)支持告警類型、告警等級(jí)、告警臺(tái)區(qū)、告警用戶、告警設(shè)備、告警時(shí)間等條件篩選，可根據(jù)告警設(shè)備運(yùn)行趨勢(shì)可對(duì)告警進(jìn)行忽略、轉(zhuǎn)故障研判、轉(zhuǎn)搶修工單等方式進(jìn)行處理。具體流程圖如圖3 所示。

圖3 智能監(jiān)控流程

（1）故障報(bào)修。監(jiān)控人員發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障后可通過故障報(bào)修提交故障信息，平臺(tái)根據(jù)相關(guān)配置自動(dòng)生成搶修工單，派發(fā)給運(yùn)維人員進(jìn)行處理。

（2）生成搶修工單。平臺(tái)需實(shí)現(xiàn)按項(xiàng)目設(shè)置相應(yīng)的運(yùn)維團(tuán)隊(duì)，在接收到嚴(yán)重故障時(shí)自動(dòng)生成搶修工單并分配到指定的運(yùn)維人員。同時(shí)通過移動(dòng)端應(yīng)用向運(yùn)維人員發(fā)送消息通知，提醒及時(shí)處理。普通告警信息由監(jiān)控人員根據(jù)設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行綜合研判確定是否需要生成工單，如需生成可手動(dòng)生成并下發(fā)作業(yè)工單。

（3）工單派發(fā)。運(yùn)維班組長(zhǎng)接收到工單之后，可根據(jù)運(yùn)維人員當(dāng)前位置及作業(yè)情況，派發(fā)工單給合適的運(yùn)維人員。

（4）工單處理。運(yùn)維人員接收到工單之后，對(duì)相應(yīng)的故障設(shè)備開展運(yùn)維作業(yè)，平臺(tái)提供全流程閉環(huán)管控。

（5）工單評(píng)價(jià)。光伏企業(yè)可查詢所負(fù)責(zé)光伏場(chǎng)站的運(yùn)維工單信息，監(jiān)控跟進(jìn)工單處理進(jìn)度，對(duì)處理完成的工單可進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過光伏智能監(jiān)控平臺(tái)的建設(shè)應(yīng)用，取得成效明顯，總結(jié)主要如下：①實(shí)現(xiàn)不同品牌、不同容量、不同型號(hào)逆變器設(shè)備的集中監(jiān)測(cè)和統(tǒng)一管理，為分布式光伏的集中管控提供了新的思路；②實(shí)現(xiàn)從設(shè)備運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、智能化故障研判到工單生成，再到運(yùn)維全過程記錄，最后實(shí)現(xiàn)運(yùn)維的綜合評(píng)價(jià)，形成了全流程閉環(huán)管控；③實(shí)現(xiàn)光伏項(xiàng)目的數(shù)字化、精細(xì)化運(yùn)營(yíng)管理，降低了光伏設(shè)備故障發(fā)生率和故障時(shí)長(zhǎng)，提升了光伏電站發(fā)電效率，有力保障了企業(yè)投資收益。