■ 宋星 王凱豐 丁亞鵬 謝麗蓉*

（1.若羌海新能源有限公司；2.新疆大學(xué)電氣工程學(xué)院）

0 引言

自光伏發(fā)電行業(yè)迅速興起之時(shí)，我國(guó)便發(fā)布了一系列對(duì)光伏發(fā)電行業(yè)有利的政策和措施?！笆濉逼陂g，我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，一躍成為全球第一光伏大國(guó)。但由于大型光伏電站多建于交通極為不便的偏僻地區(qū)，建設(shè)的電廠數(shù)量眾多、廠址十分分散、管理信息化程度較低、發(fā)電功率預(yù)測(cè)精度差，以及由于風(fēng)沙大及冬季嚴(yán)寒低溫導(dǎo)致光伏電站運(yùn)行效率偏低，并且無(wú)先進(jìn)智能的故障診斷和健康狀態(tài)預(yù)警系統(tǒng)，導(dǎo)致光電設(shè)備檢修維護(hù)計(jì)劃安排的不甚合理[1-2]。針對(duì)目前光伏電站各個(gè)設(shè)備控制策略相互獨(dú)立、不協(xié)調(diào)導(dǎo)致接入電網(wǎng)后存在安全性、穩(wěn)定性與經(jīng)濟(jì)性差的問(wèn)題，本文討論了光伏電站集中遠(yuǎn)程監(jiān)控智能運(yùn)維新模式的實(shí)現(xiàn)方式，實(shí)現(xiàn)了光伏電站遠(yuǎn)程運(yùn)行監(jiān)控、綜合數(shù)據(jù)分析和統(tǒng)一運(yùn)維管理等目標(biāo)，改變了傳統(tǒng)光伏電站分散式的運(yùn)維管理模式，使光伏電站的資源能充分運(yùn)用，更加有效地提高了光伏電站的安全運(yùn)行管理水平。

1 傳統(tǒng)運(yùn)維模式

目前我國(guó)大多數(shù)光伏電站都擁有自己的監(jiān)控系統(tǒng)，但這種監(jiān)控系統(tǒng)僅能將收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行粗略統(tǒng)計(jì)，并以報(bào)表的形式保存起來(lái)，此方式只能保證站內(nèi)基本的運(yùn)維管理。雖然現(xiàn)階段大部分電力公司總部已通過(guò)建設(shè)電站數(shù)據(jù)采集通道，將站內(nèi)數(shù)據(jù)匯總，并傳輸至總公司，但由于電力公司總部缺乏有力的監(jiān)管技術(shù)手段，僅能通過(guò)報(bào)表、電話等方式溝通了解運(yùn)行情況。傳統(tǒng)運(yùn)維模式如圖 1所示[3]。

傳統(tǒng)運(yùn)維模式的主要運(yùn)行現(xiàn)狀如下：

1)電站規(guī)模大、分布廣，數(shù)據(jù)不能實(shí)時(shí)上報(bào)，光伏電站運(yùn)營(yíng)者無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控和及時(shí)準(zhǔn)確地評(píng)估收益。

圖1 傳統(tǒng)運(yùn)維模式圖

2)維修、巡檢技能要求高，但現(xiàn)場(chǎng)人員技能不足，無(wú)遠(yuǎn)程支持。

3)通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與維護(hù)有局限。埋地或架空光纖的施工部署周期長(zhǎng)，故障排查、維護(hù)困難，擴(kuò)展靈活性差。設(shè)備節(jié)點(diǎn)多，故障點(diǎn)由此增加；光纖環(huán)網(wǎng)中同時(shí)有2個(gè)故障點(diǎn)時(shí)，它們之間所有的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)易癱瘓。

4)只進(jìn)行簡(jiǎn)單監(jiān)控，無(wú)智能分析，被動(dòng)式運(yùn)維效率低下。

5)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)少，精度低，不可靠。

2 現(xiàn)代智能運(yùn)維模式

與傳統(tǒng)運(yùn)維模式不同，光伏電站的智能運(yùn)維可以實(shí)現(xiàn)4大作用：遠(yuǎn)程集控智能運(yùn)維管理、對(duì)電站的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制、發(fā)電功率預(yù)測(cè)服務(wù)、電站資產(chǎn)及經(jīng)濟(jì)效益的評(píng)估[4]。

光伏電站集中遠(yuǎn)程監(jiān)控智能運(yùn)維系統(tǒng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的光伏電站控制系統(tǒng)接口獲取每臺(tái)光伏發(fā)電設(shè)備的實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行匯總、分析、控制、維護(hù)。系統(tǒng)功能主要包括電站運(yùn)行、預(yù)測(cè)、控制、維修數(shù)據(jù)、經(jīng)營(yíng)報(bào)表、發(fā)電設(shè)備運(yùn)行指標(biāo)、發(fā)電設(shè)備各類(lèi)故障報(bào)警信息、歷次維修記錄數(shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)子站數(shù)據(jù)接入、遠(yuǎn)程監(jiān)控、數(shù)據(jù)匯總與分析維護(hù)的目標(biāo)，形成一個(gè)易于使用、維護(hù)簡(jiǎn)便的高性?xún)r(jià)比的集中遠(yuǎn)程監(jiān)控智能運(yùn)維系統(tǒng)，其運(yùn)維模式如圖2所示。

2.1 智能運(yùn)維模式的建設(shè)

智能光伏電站主要設(shè)備及配套設(shè)施智能監(jiān)控運(yùn)維模式的建設(shè)是將光伏電站的主要設(shè)備——光伏陣列、逆變器、升壓變與配套設(shè)備及清掃機(jī)器人有機(jī)結(jié)合，采用自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)(如輻射強(qiáng)度檢測(cè)、電網(wǎng)電壓頻率檢測(cè)、光伏組件清潔度檢測(cè)、設(shè)備疲勞損傷度檢測(cè)等)與自動(dòng)控制技術(shù)(如最大功率點(diǎn)跟蹤、逆變器有功無(wú)功智能優(yōu)化控制策略、變壓器分接頭與SVG協(xié)調(diào)調(diào)壓策略、依據(jù)風(fēng)沙和低溫環(huán)境進(jìn)行機(jī)器人智能清掃策略、檢修維護(hù)計(jì)劃與實(shí)施協(xié)調(diào)適應(yīng)動(dòng)態(tài)調(diào)整等)的智能運(yùn)維模式，實(shí)現(xiàn)了從光伏陣列到光伏逆變器，再到電能輸出，最后到升壓并網(wǎng)全過(guò)程的高效運(yùn)行與智能控制。光伏組件清掃機(jī)器人清洗控制框圖如圖3所示。

圖2 智能運(yùn)維模式圖

圖3 光伏組件清掃機(jī)器人清洗控制框圖

圖4為光伏并網(wǎng)逆變器動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償控制方法框圖。圖中，Un為電網(wǎng)額定電壓有效值；U為電網(wǎng)當(dāng)前電壓有效值；Uhi為上一采樣時(shí)刻的電網(wǎng)電壓有效值；Ts為采樣周期；λ為功率因素。

圖4 光伏并網(wǎng)逆變器動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償控制方法框圖

2.2 單電站信息集成

單個(gè)光伏電站就地監(jiān)控智能運(yùn)維信息系統(tǒng)的研發(fā)與集成是將光伏陣列、支架、逆變器、升壓變與清掃機(jī)器人等所有設(shè)備的狀態(tài)和設(shè)備參數(shù)、運(yùn)行數(shù)據(jù)、檢測(cè)數(shù)據(jù)、控制數(shù)據(jù)、維護(hù)檢修數(shù)據(jù)、電能質(zhì)量要求數(shù)據(jù)、單個(gè)光伏電站分析數(shù)據(jù)、電網(wǎng)調(diào)度控制指令數(shù)據(jù)等關(guān)鍵數(shù)據(jù)集成至能量管理系統(tǒng)，可提升電能生產(chǎn)協(xié)同水平。在光伏電站所有設(shè)備智能、安全、穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)上完成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、光照自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、電能在線檢測(cè)系統(tǒng)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和健康狀態(tài)集中監(jiān)控系統(tǒng)、電能質(zhì)量驗(yàn)證系統(tǒng)的研發(fā)，并實(shí)現(xiàn)與預(yù)測(cè)系統(tǒng)、故障診斷系統(tǒng)、檢修維護(hù)系統(tǒng)、質(zhì)量管理系統(tǒng)的集成，實(shí)現(xiàn)從光伏設(shè)備檢修運(yùn)行管理到電能質(zhì)量監(jiān)控的全過(guò)程信息化管理。

2.3 多電站平臺(tái)集成

多個(gè)光伏電站集中遠(yuǎn)程監(jiān)控智能運(yùn)維平臺(tái)的集成是以建立遠(yuǎn)程監(jiān)控運(yùn)維數(shù)字化集成平臺(tái)為目標(biāo)，以單個(gè)光伏電站就地監(jiān)控智能運(yùn)維信息系統(tǒng)縱向集成為主線，建立統(tǒng)一的多個(gè)光伏電站遠(yuǎn)程監(jiān)控智能運(yùn)維數(shù)字化集成接口總線，將各種相關(guān)軟件通過(guò)接口總線和統(tǒng)一通信的方式整合到同一個(gè)數(shù)據(jù)平臺(tái)，有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)分發(fā)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，無(wú)需各個(gè)軟件平臺(tái)系統(tǒng)獨(dú)立建設(shè)，可提升光伏電站數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用能力，實(shí)現(xiàn)多個(gè)光伏電站整體運(yùn)行優(yōu)化并網(wǎng)。通過(guò)電能生產(chǎn)管理系統(tǒng)、采集(感知)系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)、異常報(bào)警系統(tǒng)、可視化系統(tǒng)、云平臺(tái)系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)分析及決策系統(tǒng)、移動(dòng)辦公系統(tǒng)，以及與電網(wǎng)EMS能量管理鏈接系統(tǒng)，使設(shè)備的檢修維護(hù)、運(yùn)行狀態(tài)決策、計(jì)劃調(diào)度、運(yùn)行模式選擇、發(fā)電離散型控制實(shí)現(xiàn)多個(gè)光伏電站遠(yuǎn)程監(jiān)控智能運(yùn)維數(shù)字化集成。光伏設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控智能運(yùn)維系統(tǒng)集控中心的總體方案全景圖如圖5所示。

圖5 光伏設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控智能運(yùn)維系統(tǒng)集控中心的總體方案全景圖

如今，全球已進(jìn)入大數(shù)據(jù)時(shí)代，“互聯(lián)網(wǎng)+”的概念悄然興起。今后，基于大數(shù)據(jù)時(shí)代和“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)的智能運(yùn)維系統(tǒng)將會(huì)不斷提出新的理念，在數(shù)據(jù)的分析和預(yù)測(cè)方面將會(huì)變得更加智能、快捷、精確[5]。

3 智能運(yùn)維模式的前景分析

在光伏產(chǎn)業(yè)越來(lái)越繁榮的情況下，光伏電站的運(yùn)維也變得越來(lái)越重要。從光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況來(lái)看，我國(guó)光伏電站的運(yùn)維模式不斷更新發(fā)展，運(yùn)維效率低下、運(yùn)維成本高居不下的問(wèn)題正在不斷得到緩解。光伏產(chǎn)業(yè)進(jìn)入繁榮發(fā)展時(shí)期的同時(shí)，許多問(wèn)題也隨之而來(lái)，比如，電站發(fā)電量預(yù)測(cè)不準(zhǔn)確、故障檢測(cè)效率極其低下、大量電站運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)未被充分使用，造成大量浪費(fèi)。

由此，智能運(yùn)維系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。它將電站實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過(guò)站級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)傳至智能運(yùn)維云中心，通過(guò)云中心的故障預(yù)檢測(cè)和故障定位功能，將故障信息通過(guò)APP軟件傳輸給所在區(qū)域的故障檢修人員。于是故障檢修人員可通過(guò)報(bào)警定位信息迅速找到故障點(diǎn)，并進(jìn)行故障排查和維修。因此，大數(shù)據(jù)信息讓運(yùn)維人員更便于維護(hù)。

綜上所述，智能運(yùn)維系統(tǒng)所做的不僅僅是電站運(yùn)維，還可以做到對(duì)電站的遠(yuǎn)程監(jiān)控和故障預(yù)測(cè)，以及降低電站所需的運(yùn)維成本，使經(jīng)濟(jì)效益得到進(jìn)一步提升?？梢灶A(yù)見(jiàn)，智能運(yùn)維系統(tǒng)在資源充分利用、系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、提高運(yùn)行自動(dòng)化程度、數(shù)據(jù)共享、系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)等方面是十分必要的，與市場(chǎng)的需求相一致。該技術(shù)將在光伏電站中得到廣泛應(yīng)用，迅速占領(lǐng)市場(chǎng)，同時(shí)會(huì)取得較好的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益[6]。

4 總結(jié)

本文提出了智能運(yùn)維系統(tǒng)的概念，比較了傳統(tǒng)運(yùn)維與智能運(yùn)維的利弊，剖析了運(yùn)維的本質(zhì)是降低成本和提升經(jīng)濟(jì)效益，詳細(xì)介紹了智能運(yùn)維系統(tǒng)及其優(yōu)越性。智能運(yùn)維利用現(xiàn)代科技，不僅為電站的穩(wěn)定和安全運(yùn)行提供了保障，同時(shí)也使運(yùn)維更加便捷。當(dāng)接到上級(jí)單位的要求時(shí)，接入電網(wǎng)的所有光伏電站能夠?qū)﹄娏φ{(diào)度控制命令作出快速、準(zhǔn)確的反應(yīng)，并維持電網(wǎng)穩(wěn)定、電能質(zhì)量，提高光伏電站運(yùn)行自動(dòng)化程度和實(shí)現(xiàn)“無(wú)人值守或少人值守”，確保光伏電站設(shè)備安全運(yùn)行，降低人為誤操作損壞設(shè)備的幾率；在降低光伏電站的運(yùn)維成本，增加經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，減少了運(yùn)維人員及其工作量，降低了工作強(qiáng)度，使得運(yùn)維人員可以更加快速便捷的對(duì)電站進(jìn)行故障的檢修，為以后的光伏電站運(yùn)維提供了很好的技術(shù)參考。