基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的光伏場站智慧運維管理平臺設(shè)計與應(yīng)用

摘要：隨著全球?qū)稍偕茉矗绕涫翘柲芄夥l(fā)電需求的增加，傳統(tǒng)光伏電站的運維管理面臨著分布廣泛、數(shù)量眾多和運行環(huán)境復(fù)雜等挑戰(zhàn)。為解決這些問題，文章分析了傳統(tǒng)光伏運維管理業(yè)務(wù)流程，創(chuàng)新性地融合了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，設(shè)計并構(gòu)建了智慧運維管理平臺。該平臺能夠?qū)崟r采集和監(jiān)控光伏電站的運行數(shù)據(jù)，實現(xiàn)遠程監(jiān)控、智能分析和優(yōu)化控制，從而提高運維效率，降低成本，保障電站的安全穩(wěn)定運行。文章以蕭山萬鼎戶用光伏電站為實踐案例，展示了智慧運維技術(shù)的成功應(yīng)用。這一實踐不僅提升了光伏電站的運維管理水平，還為類似電站的運維管理提供了借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；光伏場站；運維

中圖分類號：TP399 "文獻標志碼：A

0 引言

隨著全球能源結(jié)構(gòu)的不斷調(diào)整和可再生能源技術(shù)的飛速發(fā)展，太陽能光伏發(fā)電作為一種清潔、可再生的能源形式，已在全球范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。然而，光伏場站因其地理分布廣泛、數(shù)量龐大且運行環(huán)境復(fù)雜多變，給傳統(tǒng)的運維管理模式帶來了諸多難題與挑戰(zhàn)［1］。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，業(yè)內(nèi)迫切須要將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)深度融入光伏場站的運維管理體系，實現(xiàn)電站高效運維控制以顯著降低工程運維控制成本［2］。本文旨在設(shè)計并應(yīng)用基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的光伏場站智慧運維管理平臺。該平臺通過集成先進的信息技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對光伏場站的全面監(jiān)控、智能化管理和運營優(yōu)化。本文還分析平臺在電站運維管理業(yè)務(wù)流程中的應(yīng)用效果，以期為未來光伏場站的運維管理提供有力支持。

1 傳統(tǒng)光伏運維管理業(yè)務(wù)流程分析

1.1 傳統(tǒng)運維管理業(yè)務(wù)流程概述

傳統(tǒng)的光伏電站運維管理業(yè)務(wù)流程主要包括設(shè)備巡檢、故障診斷、維修處理、數(shù)據(jù)分析與報告等。設(shè)備巡檢作為運維工作的基石，通過定期檢查光伏組件、逆變器、變壓器等關(guān)鍵設(shè)備，確保設(shè)備的正常運行。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時，故障診斷環(huán)節(jié)隨即啟動，通過現(xiàn)場檢查、數(shù)據(jù)分析等手段確定故障原因。維修處理則是對故障設(shè)備進行修復(fù)或更換，確保電站的正常發(fā)電。數(shù)據(jù)分析與報告則是對運維數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和分析，為電站的運維決策提供數(shù)據(jù)支持。各業(yè)務(wù)流程如圖 1 所示。

1.2 傳統(tǒng)業(yè)務(wù)流程中存在的問題

1.2.1 巡檢效率低下

傳統(tǒng)的設(shè)備巡檢工作往往需要人工操作。巡檢人員須要逐一檢查每個設(shè)備。這一過程不僅效率低下，而且由于人為因素（如主觀判斷和經(jīng)驗差異）的介入，難以確保巡檢結(jié)果的準確性和一致性［3］，從而可能影響設(shè)備維護的決策。

1.2.2 故障診斷不準確

傳統(tǒng)的故障診斷手段主要依賴于現(xiàn)場檢查和人工經(jīng)驗，這在判斷故障原因時顯得力不從心，尤其面對一些復(fù)雜的故障，須要耗費大量時間和人力進行排查，嚴重制約了電站的正常運行效率。

1.2.3 維修處理不及時

設(shè)備出現(xiàn)故障時，傳統(tǒng)的維修處理方法須要等待維修人員到達現(xiàn)場，處理滯后。維修人員的技術(shù)水平和經(jīng)驗不同，導(dǎo)致維修效果存在差異。

1.2.4 數(shù)據(jù)分析不深入

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析方法往往只停留在數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和簡單分析上，缺乏對數(shù)據(jù)的深入挖掘和分析。這導(dǎo)致運維決策缺乏依據(jù)，難以做出最優(yōu)的運維決策［4］。

1.3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在業(yè)務(wù)流程中的潛在作用

1.3.1 提高巡檢效率

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)借助在設(shè)備上安裝傳感器和監(jiān)控設(shè)備，實現(xiàn)對設(shè)備的實時監(jiān)測和遠程控制。運維人員通過物聯(lián)網(wǎng)平臺，可以遠程查看設(shè)備的運行狀態(tài)和參數(shù)信息，及時發(fā)現(xiàn)異常。此外，物聯(lián)網(wǎng)平臺還可以根據(jù)設(shè)備的運行數(shù)據(jù)，自動規(guī)劃并執(zhí)行巡檢任務(wù)，顯著提高巡檢效率［5］。

1.3.2 準確診斷故障

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)匯聚設(shè)備的運行數(shù)據(jù)和故障信息，利用先進的數(shù)據(jù)分析算法對故障進行準確診斷［6］。通過物聯(lián)網(wǎng)平臺，運維人員可以實時查看設(shè)備的故障信息和診斷結(jié)果，快速定位故障原因，采取相應(yīng)的維修措施。這不僅可以提高故障診斷的準確率，還可以縮短故障排查時間，降低運維成本。

1.3.3 及時維修處理

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在設(shè)備上集成安裝定位系統(tǒng)和報警裝置，實現(xiàn)對故障設(shè)備的快速定位和報警。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時，物聯(lián)網(wǎng)平臺可以自動觸發(fā)報警機制，通知運維人員及時進行處理。同時，物聯(lián)網(wǎng)平臺還可以根據(jù)設(shè)備的故障類型和嚴重程度自動派遣維修人員前往現(xiàn)場進行維修處理，確保維修的及時性和有效性。

1.3.4 深入數(shù)據(jù)分析

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)收集海量設(shè)備運行數(shù)據(jù)和運維數(shù)據(jù)，為數(shù)據(jù)分析提供豐富的數(shù)據(jù)源。通過物聯(lián)網(wǎng)平臺，運維人員可以利用先進的數(shù)據(jù)分析算法對運維數(shù)據(jù)進行深入挖掘和分析，發(fā)現(xiàn)潛在的問題和趨勢，為運維決策提供科學(xué)依據(jù)。同時，物聯(lián)網(wǎng)平臺還可以將數(shù)據(jù)分析結(jié)果以可視化的形式展示出來，幫助運維人員更好地理解數(shù)據(jù)和分析結(jié)果。

2 平臺設(shè)計

2.1 平臺架構(gòu)設(shè)計

平臺架構(gòu)設(shè)計是光伏場站智慧運維管理平臺設(shè)計的核心。本文所設(shè)計的平臺架構(gòu)如圖2所示，遵循分層、分布式的設(shè)計原則，將系統(tǒng)劃分為數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)傳輸層、數(shù)據(jù)存儲層、數(shù)據(jù)處理層和應(yīng)用層5個層次。

2.1.1 數(shù)據(jù)采集層

數(shù)據(jù)采集層是平臺架構(gòu)的底層，負責(zé)實時采集光伏電站關(guān)鍵設(shè)備的運行數(shù)據(jù)，通過部署在光伏電站現(xiàn)場的傳感器、數(shù)據(jù)采集儀等設(shè)備，實時獲取光伏逆變器輸出功率、溫度、輻照度等關(guān)鍵參數(shù)。同時，數(shù)據(jù)采集層還具備數(shù)據(jù)預(yù)處理功能，對采集到的原始數(shù)據(jù)進行清洗、篩選和標準化處理，確保數(shù)據(jù)的準確性和可靠性。

2.1.2 數(shù)據(jù)傳輸層

數(shù)據(jù)傳輸層負責(zé)將數(shù)據(jù)采集層采集到的數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)存儲層。采用一體化傳輸?shù)姆绞?，確保數(shù)據(jù)的實時性和穩(wěn)定性。同時，數(shù)據(jù)傳輸層還具備數(shù)據(jù)加密和校驗功能，確保數(shù)據(jù)在傳輸過程中的安全性和完整性。

2.1.3 數(shù)據(jù)存儲層

數(shù)據(jù)存儲層負責(zé)對采集到的數(shù)據(jù)進行存儲和管理。采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫、非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫和緩存數(shù)據(jù)庫存儲技術(shù)，將數(shù)據(jù)存儲在不同的物理節(jié)點上，提高數(shù)據(jù)的可擴展性和容錯性。同時，數(shù)據(jù)存儲層還具備數(shù)據(jù)備份和恢復(fù)功能，確保數(shù)據(jù)的可靠性和安全性。

2.1.4 數(shù)據(jù)處理層

數(shù)據(jù)處理層是平臺架構(gòu)的基石，是光伏系統(tǒng)的核心組成部分，承擔(dān)著確保數(shù)據(jù)安全性、準確性和高效流通的重任。該層通過數(shù)據(jù)加密與解密技術(shù)，有效保護光伏數(shù)據(jù)的機密性，防止未授權(quán)訪問；報文解析功能則確保接收到的數(shù)據(jù)能夠按照既定格式準確解析，為后續(xù)處理奠定基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)脫敏技術(shù)的應(yīng)用，進一步保護了用戶隱私和敏感信息，同時不妨礙數(shù)據(jù)分析的進行。在數(shù)據(jù)存儲方面，光伏數(shù)據(jù)處理層采用高效、可靠的存儲方案，確保海量數(shù)據(jù)能夠長期保存并快速檢索。通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能，處理后的數(shù)據(jù)被及時、準確地傳輸至各需求方，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享與利用。這些特點共同構(gòu)成了光伏數(shù)據(jù)處理層高效、安全、靈活的工作體系。

2.1.5 應(yīng)用層

應(yīng)用層是平臺架構(gòu)的頂層，負責(zé)為用戶提供可視化的運維管理界面和相應(yīng)的管理決策支持。它通過可視化技術(shù)將光伏電站的運行數(shù)據(jù)以圖表、報表等形式展示給用戶，幫助用戶直觀地了解光伏電站的運行情況。同時，應(yīng)用層還提供故障處理、設(shè)備維護、數(shù)據(jù)分析等功能模塊，支持用戶對光伏電站進行全面的運維管理。

2.2 功能模塊設(shè)計

在平臺架構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)上，本文進一步設(shè)計了光伏場站智慧運維管理平臺的功能模塊，主要包括實時監(jiān)測、故障診斷、維護管理、數(shù)據(jù)分析等模塊。

2.2.1 實時監(jiān)測模塊

實時監(jiān)測模塊負責(zé)實時監(jiān)測光伏電站的運行狀況，通過數(shù)據(jù)采集層采集到的數(shù)據(jù)，實時監(jiān)測光伏逆變器的工作狀態(tài)、電池組件的功率輸出等關(guān)鍵參數(shù)。同時，實時監(jiān)測模塊還具備環(huán)境參數(shù)監(jiān)測功能，如溫度、輻照度等。

2.2.2 故障診斷模塊

故障診斷模塊負責(zé)自動診斷光伏電站的故障原因，通過數(shù)據(jù)處理層對光伏電站的運行數(shù)據(jù)進行分析和挖掘，發(fā)現(xiàn)潛在的故障隱患并預(yù)測未來的故障趨勢。當(dāng)發(fā)生故障時，故障診斷模塊能夠自動發(fā)出警報并提供相應(yīng)的故障處理建議。

2.2.3 維護管理模塊

維護管理模塊負責(zé)光伏電站的維護管理工作，包括設(shè)備巡檢、維修記錄、維護計劃等。通過該模塊，運維人員可以及時安排和執(zhí)行維護任務(wù)，記錄維護過程和結(jié)果。同時，維護管理模塊還具備設(shè)備庫存管理功能，支持運維人員對設(shè)備進行統(tǒng)一的管理和調(diào)配。

2.2.4 數(shù)據(jù)分析模塊

數(shù)據(jù)分析模塊負責(zé)對光伏電站的運行數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和分析，通過可視化技術(shù)，將運行數(shù)據(jù)以圖表、報表等形式展示給用戶，幫助用戶了解光伏電站的運行情況和性能表現(xiàn)。同時，數(shù)據(jù)分析模塊還提供運行報告和趨勢分析功能，幫助用戶發(fā)現(xiàn)潛在的問題和優(yōu)化空間。

2.3 技術(shù)選型與實現(xiàn)方案

在技術(shù)選型方面，本文綜合考慮了技術(shù)的成熟度、可靠性、適用性和靈活性等因素。在數(shù)據(jù)采集層和數(shù)據(jù)傳輸層，采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和無線通信技術(shù)進行數(shù)據(jù)的采集和傳輸；在數(shù)據(jù)存儲層和數(shù)據(jù)處理層，采用大數(shù)據(jù)技術(shù)和云計算技術(shù)進行處理和分析；在應(yīng)用層，采用可視化技術(shù)和人工智能技術(shù)提供可視化的運維管理界面和相應(yīng)的管理決策支持。

在實現(xiàn)方案方面，本文采用模塊化設(shè)計和分層策略進行系統(tǒng)的開發(fā)和實現(xiàn)。將系統(tǒng)劃分為不同的模塊和層次，每個模塊和層次具有明確的功能和職責(zé)。本文通過接口隔離和服務(wù)自治原則，降低模塊間的耦合度和提高系統(tǒng)的靈活性。同時，采用單一職責(zé)原則和高內(nèi)聚低耦合原則進行模塊設(shè)計，提高代碼的可讀性和可維護性。

3 平臺實現(xiàn)及應(yīng)用

3.1 平臺開發(fā)

平臺開發(fā)是智慧運維管理平臺實現(xiàn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在開發(fā)過程中，本文遵循了模塊化設(shè)計原則，將平臺劃分為數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和應(yīng)用模塊等多個模塊。每個模塊之間通過標準的接口進行通信，實現(xiàn)了功能的解耦和模塊的復(fù)用。

在數(shù)據(jù)采集模塊，本文采用了多種傳感器和數(shù)據(jù)采集設(shè)備，對光伏電站的實時數(shù)據(jù)進行采集。同時，為了保證數(shù)據(jù)的準確性和可靠性，本文對采集到的數(shù)據(jù)進行了預(yù)處理和校驗。在數(shù)據(jù)傳輸模塊，采用無線通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實時傳輸。數(shù)據(jù)加密和校驗機制保證數(shù)據(jù)在傳輸過程中的安全性和完整性。在數(shù)據(jù)存儲模塊，本文采用分布式存儲技術(shù)，將數(shù)據(jù)存儲在不同的物理節(jié)點上，提高了數(shù)據(jù)的可擴展性和容錯性。同時，本文還建立了數(shù)據(jù)備份和恢復(fù)機制，確保數(shù)據(jù)的可靠性和安全性。在數(shù)據(jù)處理模塊，本文采用了大數(shù)據(jù)技術(shù)和人工智能算法，對采集到的數(shù)據(jù)進行處理和分析。數(shù)據(jù)挖掘和機器學(xué)習(xí)技術(shù)實現(xiàn)對光伏電站運行狀態(tài)的智能監(jiān)測和故障診斷。在應(yīng)用模塊，本文開發(fā)了可視化界面和交互功能，為用戶提供了直觀、便捷的運維管理體驗。用戶可以通過界面實時查看光伏電站的運行狀態(tài)、設(shè)備信息、故障報警等信息，進行相應(yīng)的操作和管理。

3.2 平臺應(yīng)用部署

平臺部署是智慧運維管理平臺實現(xiàn)的重要環(huán)節(jié)。在部署過程中，本文根據(jù)光伏電站的實際情況和需求，對平臺進行了定制化配置和部署。

為了驗證智慧運維管理平臺的有效性和實用性，本文在蕭山萬鼎戶用光伏電站進行了應(yīng)用案例分析。該光伏電站裝機容量為3MWp，采用基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧運維管理平臺進行運維管理。

首先，本文在光伏電站現(xiàn)場部署了數(shù)據(jù)采集設(shè)備和傳感器，對光伏電站的實時數(shù)據(jù)進行采集。同時，本文建立了數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實時傳輸和共享。其次，本文在數(shù)據(jù)中心部署了數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)處理設(shè)備，對采集到的數(shù)據(jù)進行存儲和處理，通過分布式存儲技術(shù)和大數(shù)據(jù)處理技術(shù)，提高了數(shù)據(jù)的處理能力和效率。最后，本文在用戶端部署了應(yīng)用模塊，為用戶提供了可視化的運維管理界面和交互功能。用戶可以通過界面實時查看光伏電站的運行狀態(tài)和管理信息，進行相應(yīng)的操作和管理。本文通過該平臺實現(xiàn)了對光伏電站的實時監(jiān)測和智能管理。平臺能夠?qū)崟r采集光伏電站的運行數(shù)據(jù)，包括逆變器功率、組件溫度、輻照度等關(guān)鍵參數(shù)，通過可視化界面展示給用戶。同時，平臺還具備故障診斷和預(yù)測功能，能夠自動診斷光伏電站的故障原因并預(yù)測未來的故障趨勢，為運維人員提供了及時、準確的故障處理建議。

3.3 應(yīng)用效果評估

為了評估智慧運維管理平臺的應(yīng)用效果，本文對平臺在光伏電站中的應(yīng)用情況進行了綜合評估。評估結(jié)果表明，該平臺在以下幾個方面取得了顯著成效。

3.3.1 提高了運維效率

通過實時監(jiān)測和智能管理功能，運維人員可以更加便捷地查看光伏電站的運行狀態(tài)和管理信息，進行相應(yīng)的操作和管理。這大大減少了運維人員的工作量，提高了運維效率。

3.3.2 降低了運維成本

通過智能故障診斷和預(yù)測功能，平臺能夠自動診斷光伏電站的故障原因并預(yù)測未來的故障趨勢。這為運維人員提供了及時、準確的故障處理建議，避免了因故障處理不及時而導(dǎo)致的損失和浪費。同時，平臺還提供了數(shù)據(jù)分析和報告功能，幫助運維人員深入了解光伏電站的運行情況和性能表現(xiàn)，為優(yōu)化運維策略提供了有力支持，進一步降低了運維成本。

3.3.3 提升了管理水平

通過可視化界面和交互功能，平臺為用戶提供了直觀、便捷的運維管理體驗。用戶可以通過界面實時查看光伏電站的運行狀態(tài)和管理信息，進行相應(yīng)的操作和管理。這提升了光伏電站的管理水平和服務(wù)質(zhì)量。

4 結(jié)語

本文分析了傳統(tǒng)光伏運維流程，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，設(shè)計了智慧運維管理平臺。該平臺能夠?qū)崟r采集監(jiān)控數(shù)據(jù)，實現(xiàn)遠程監(jiān)控、智能分析和優(yōu)化控制，提高運維效率，降低成本，保障電站安全穩(wěn)定運行。蕭山萬鼎戶用光伏電站的實際應(yīng)用案例，充分驗證了平臺的卓越效能，不僅提升了運維管理水平，更為同類電站樹立了可借鑒的典范。本研究凸顯了智慧運維管理平臺在光伏電站運維領(lǐng)域的三大核心優(yōu)勢：提升效率、降低成本與提高管理水平。

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（編輯 王永超）

Design and application of intelligent operation and maintenance management platform for photovoltaic stations based on Internet of Things technology

HUANG" Daqiao1， WANG" Pengfei2， DING" Jiao3

（1.HangZhou Branch of Zhejiang Communication Industry Service Co.， Ltd.， Hangzhou 310008， China;

2.Zhejiang Communication Industry Service Co.， Ltd.， Hangzhou 310051， China;

3.HuZhou Branch of Zhejiang Communication Industry Service Co.， Ltd.， Huzhou 313000， China）

Abstract：" With the increasing global demand for renewable energy， especially solar photovoltaic power generation， traditional photovoltaic power plant operation and maintenance management is facing challenges such as wide distribution， large quantity， and complex operating environment. To address these issues， this article analyzes the traditional business process of photovoltaic operation and maintenance management， and designs a smart operation and maintenance management platform combining IoT technology and big data analysis technology. The platform is capable of real-time collection and monitoring of operational data from photovoltaic power plants， enabling remote monitoring， intelligent analysis， and optimized control， thereby improving operational efficiency， reducing costs， and ensuring the safe and stable operation of the power plant. Finally， this article continues to apply smart operation and maintenance technology to the Wanding household photovoltaic power station in Xiaoshan， which not only improves the operation and maintenance management level of the photovoltaic power station， but also provides reference and guidance for the operation and maintenance management of similar power stations.

Key words： Internet of Things technology; photovoltaic power station; operation and maintenance