畢昌松

（淮河能源電力集團(tuán)有限責(zé)任公司，安徽 淮南 232033）

0 引言

在“3060”碳達(dá)峰、碳中和的背景下，各地都在大力發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)，在確保生產(chǎn)安全穩(wěn)定的前提下，進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新、管理創(chuàng)新，優(yōu)化人員結(jié)構(gòu)，提高勞動(dòng)效率，實(shí)現(xiàn)光伏電站無人值守。

1 技術(shù)背景

無人值守光伏電站是指在站內(nèi)不設(shè)置固定運(yùn)維值班人員，運(yùn)行監(jiān)測及控制操作由遠(yuǎn)方集中控制中心進(jìn)行，設(shè)備采取定期巡視維護(hù)的光伏電站。無人值守并不是不需要任何技術(shù)措施的無人管理，相反，更需要訓(xùn)練有素的高素質(zhì)運(yùn)維管理人員運(yùn)用先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備相互協(xié)調(diào)配合共同搞好管理工作，并以此達(dá)到減人增效、提高生產(chǎn)效率的目的。

1.1 分布式光伏電站

分布式光伏電站是指布置在用戶附近、運(yùn)行方式以用戶側(cè)自發(fā)自用、多余電量上網(wǎng)為主的小型發(fā)電系統(tǒng)，具有單體規(guī)模小、位置分散、現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜、距離運(yùn)維中心站遠(yuǎn)的特點(diǎn)。

1.2 集中式光伏電站

集中式光伏電站是指具有一定規(guī)模、發(fā)電直接并入公共電網(wǎng)，通過高壓輸電系統(tǒng)供給電網(wǎng)用戶的大型發(fā)電系統(tǒng)，其具有單體規(guī)模大、設(shè)備系統(tǒng)復(fù)雜、運(yùn)維管理要求高的特點(diǎn)。

2 應(yīng)用案例

2.1 在分布式（屋頂）光伏的應(yīng)用

2.1.1 簡介

分布式光伏電站，一般在光伏區(qū)域采用多級(jí)匯流，就地消耗（多余上網(wǎng)）的方案：先采用逆變器直流逆變交流輸出380V，再通過匯流箱匯流進(jìn)入并網(wǎng)柜，然后就近配電箱直接使用消耗[1]。

由于光伏點(diǎn)分布極為分散，遍布各個(gè)區(qū)域，因此非常不利于運(yùn)維人員的日常管理。一方面是各個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)多無法安排人員駐點(diǎn)值守。另一方面，由于現(xiàn)場缺少遠(yuǎn)程監(jiān)控和自動(dòng)控制系統(tǒng)，現(xiàn)場信息掌握不及時(shí)使系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性大打折扣。

為解決上述問題，我們開發(fā)了一套分布式光伏電站智能集中運(yùn)維平臺(tái)。

2.1.2 技術(shù)方案

（1）系統(tǒng)架構(gòu)。分布式光伏電站使用的智能集中運(yùn)維系統(tǒng)可以采集數(shù)據(jù)多樣化、不但可以采集設(shè)備數(shù)據(jù)，也可以與其他第三方進(jìn)行對(duì)接，同時(shí)有大量服務(wù)體系作為支撐，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)平臺(tái)，三級(jí)管控的運(yùn)維模式。同時(shí)該系統(tǒng)解決了現(xiàn)場運(yùn)維的局限性，可以通過互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)設(shè)備實(shí)時(shí)使用。

（2）系統(tǒng)接入方式。在各分布式站點(diǎn)通過設(shè)備采集數(shù)據(jù)后，使用無線方式傳輸把數(shù)據(jù)傳輸匯總到電站的平臺(tái)服務(wù)器[2]。

（3）數(shù)據(jù)采集方式。該平臺(tái)的基礎(chǔ)是數(shù)據(jù)采集。為了滿足不同現(xiàn)場環(huán)境的要求，我們開發(fā)出了適用于不同場合的通信管理機(jī)、采集傳輸軟件，實(shí)現(xiàn)了斷點(diǎn)續(xù)傳，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠。同時(shí)，針對(duì)現(xiàn)場環(huán)境不同，可以實(shí)現(xiàn)無線傳輸和有線傳輸兩種方式。

（4）功能特點(diǎn)。①傳統(tǒng)運(yùn)維模式：依賴站控層監(jiān)控系統(tǒng)，故障定位低效，總部與電站互動(dòng)低效；實(shí)時(shí)監(jiān)測受限于集控室，總部和管理中心無法實(shí)時(shí)監(jiān)測；總部很難及時(shí)掌握電站運(yùn)維過程、程度、結(jié)果；數(shù)據(jù)沒有進(jìn)行有效分析[3]。②智能集中運(yùn)維模式：一套平臺(tái)，協(xié)同運(yùn)維，信息透明。高效互動(dòng)，移動(dòng)應(yīng)用。所有人使用一套系統(tǒng)，公司、管理中心和電站協(xié)同運(yùn)維，高效互動(dòng)；運(yùn)維過程隨時(shí)隨地可查，信息透明；大數(shù)據(jù)分析，異常支路“一鍵導(dǎo)出”，方便對(duì)電站的運(yùn)維管理。

（5）安全保證。分布式光伏電站智能集中運(yùn)維平臺(tái)在網(wǎng)絡(luò)安全方面主要使用無線傳輸?shù)诫娬镜钠脚_(tái)服務(wù)器，平臺(tái)服務(wù)器統(tǒng)一使用安全設(shè)備進(jìn)行防護(hù)，實(shí)行嚴(yán)格的數(shù)據(jù)備份機(jī)制，以保證數(shù)據(jù)安全。

2.1.3 管理方案

實(shí)現(xiàn)無人值守前，每個(gè)屋頂光伏大片區(qū)需要安排2名運(yùn)維人員，現(xiàn)場需要多名專職的運(yùn)維人員；現(xiàn)場巡檢頻率為每月4 次，特殊情況下還要有針對(duì)性地加大巡檢力度。遠(yuǎn)程監(jiān)控實(shí)現(xiàn)后，全部屋頂光伏僅需要2 名運(yùn)維人員，巡檢頻率也下降到每月1 次。

2.1.4 產(chǎn)生的效益

（1）安全效益。屋頂分布式光伏電站實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控各屋頂設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常問題，相關(guān)人員可迅速到就地進(jìn)行消缺，避免未及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題而使得隱患擴(kuò)大，將事故消滅在萌芽狀態(tài)。

（2）管理效益。原先分布式光伏各屋頂設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)不能及時(shí)反饋到運(yùn)行人員，人工就地巡檢模式，設(shè)備故障停運(yùn)不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，損失發(fā)電量。綜合各礦檢修停電、非計(jì)劃停電、逆變器故障停運(yùn)等原因，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控后可以及時(shí)恢復(fù)發(fā)電，按逆變器平均停運(yùn)率5%/天進(jìn)行折算，每年可避免損失諸多應(yīng)發(fā)電量。

2.2 在集中式光伏電站的應(yīng)用

2.2.1 項(xiàng)目簡介

淮河能源電力集團(tuán)2016 年A1 光伏電站位是利用礦廢棄工業(yè)廣場建設(shè)。2021 年我集團(tuán)通過擴(kuò)展公司平臺(tái)的生產(chǎn)監(jiān)控功能，將A1 光伏電站所有數(shù)據(jù)，包括升壓站、逆變器、匯流箱、環(huán)境檢測、微機(jī)保護(hù)、光功率預(yù)測及控制、箱變測控及訊管理機(jī)一體裝置等數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)閘隔離設(shè)備實(shí)時(shí)上傳至集團(tuán)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)中心。通過重新組態(tài)，在光伏管理中心和集團(tuán)辦公區(qū)域都能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

A1 光伏電站遠(yuǎn)程監(jiān)控功能可以實(shí)現(xiàn)光伏電站生產(chǎn)與運(yùn)維工作的集中化、遠(yuǎn)端無人化；分級(jí)實(shí)時(shí)告警、主動(dòng)分級(jí)提示、自動(dòng)報(bào)表定制化。集成實(shí)時(shí)視頻傳輸、工程施工及運(yùn)行維護(hù)歷史安全問題可查，安全問題隨時(shí)提示運(yùn)維人員現(xiàn)場處理故障?，F(xiàn)場安全過程監(jiān)控、安全預(yù)警、歷史數(shù)據(jù)分析，回傳設(shè)備故障信息，自動(dòng)、主動(dòng)開單維護(hù)功能。

2.2.2 技術(shù)方案

（1）系統(tǒng)架構(gòu)。

基于“云、大、物、移、智”等新一代信息技術(shù)，構(gòu)建“一朵混合云、一套資源標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、一個(gè)大數(shù)據(jù)中心、四個(gè)能力服務(wù)平臺(tái)、三類數(shù)據(jù)應(yīng)用體系”，總體架構(gòu)包含能源感知層、基礎(chǔ)環(huán)境層、大數(shù)據(jù)中心平臺(tái)層、能力服務(wù)平臺(tái)層、數(shù)據(jù)分析應(yīng)用層、接入訪問層、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系、安全保障體系及運(yùn)行保障體系[4]。

（2）技術(shù)架構(gòu)。

表現(xiàn)層：采用“B/S”架構(gòu)技術(shù)，提高用戶體驗(yàn)，方便用戶操作。

控制層：負(fù)責(zé)接收來自于展示層的請(qǐng)求，驗(yàn)證請(qǐng)求的數(shù)據(jù)，調(diào)用相應(yīng)的業(yè)務(wù)邏輯進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并將處理結(jié)果返回給展示層。

服務(wù)層：接收控制層傳來的指令，負(fù)責(zé)加工和處理業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，基于實(shí)時(shí)計(jì)算與推理，如果處理成功則更新數(shù)據(jù)存儲(chǔ)內(nèi)容，如果處理失敗則回滾事務(wù)，并將處理結(jié)果返回給控制層。

持久層：系統(tǒng)正常運(yùn)行的基礎(chǔ)模塊，系統(tǒng)采用統(tǒng)一權(quán)限管理，統(tǒng)一消息管理，統(tǒng)一工作流平臺(tái)，統(tǒng)一日志管理，統(tǒng)一報(bào)表平臺(tái)、實(shí)時(shí)服務(wù)等。

設(shè)備接口層：對(duì)各個(gè)電站設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和轉(zhuǎn)發(fā)，為企業(yè)信息系統(tǒng)層提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

（3）系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)。

實(shí)時(shí)庫：從管理平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫中讀取配置信息進(jìn)行初始設(shè)置；通過WebSocket 向管理平臺(tái)推送歷史數(shù)據(jù)。

管理平臺(tái)：以多模塊的架構(gòu)進(jìn)行開發(fā)，可以按業(yè)務(wù)需要打包相應(yīng)的業(yè)務(wù)模塊進(jìn)行統(tǒng)一部署；告警模塊以微服務(wù)架構(gòu)，組件化開發(fā)，分布式部署，通過消息服務(wù)平臺(tái)（MQ）接收實(shí)時(shí)庫的告警信息，并可進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)公式計(jì)算。

視頻巡檢與入侵監(jiān)測[5]：A1 光伏電站原有43 個(gè)監(jiān)控點(diǎn)，監(jiān)控覆蓋了電站各個(gè)重點(diǎn)部位，視頻資源整合后可以充分利用視頻開展遠(yuǎn)程巡檢工作。并且可以按需提取視頻記錄到大數(shù)據(jù)中心進(jìn)行進(jìn)一步分析利用。

（4）功能特點(diǎn)。

數(shù)據(jù)采集：實(shí)時(shí)采集太陽能電池陣列輸出電壓、電流，環(huán)境溫度，逆變器輸出電壓、電流以及配電開關(guān)狀態(tài)。

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)存儲(chǔ)：將光伏電站的運(yùn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在總部私有云服務(wù)器，進(jìn)行集中管理。

遠(yuǎn)程監(jiān)控與歷史回放：具有遠(yuǎn)方通信接口，以保證遠(yuǎn)方監(jiān)控中心對(duì)光伏電站工作狀態(tài)的了解及遠(yuǎn)程控制。包括：電力拓?fù)浔O(jiān)控、通信拓?fù)浔O(jiān)控、設(shè)備對(duì)象告警、電力安全告警、故障曲線追溯、電力電費(fèi)報(bào)表等。

故障監(jiān)測：實(shí)時(shí)監(jiān)測光伏電站設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，立即發(fā)出聲光及遠(yuǎn)程告警信號(hào)，通知維修人員及時(shí)處理。

統(tǒng)計(jì)分析：對(duì)各類數(shù)據(jù)進(jìn)行報(bào)表統(tǒng)計(jì)與分析，與歷史數(shù)據(jù)及區(qū)域發(fā)電數(shù)據(jù)對(duì)標(biāo)，發(fā)現(xiàn)問題及原因。

電站運(yùn)行數(shù)據(jù)通過系統(tǒng)自動(dòng)上報(bào)，避免手工報(bào)表易出錯(cuò)問題。集團(tuán)電站運(yùn)行數(shù)據(jù)原始報(bào)表詳細(xì)至15min，全站數(shù)據(jù)及各類技術(shù)參數(shù)系統(tǒng)化、精細(xì)化、專業(yè)化、可視化；電量、補(bǔ)貼、碳排放數(shù)據(jù)自動(dòng)化報(bào)表或主動(dòng)報(bào)表。

（5）安全保證。

集中式光伏電站的運(yùn)行平臺(tái)布置在電站內(nèi)網(wǎng)，電站內(nèi)網(wǎng)必須達(dá)到網(wǎng)絡(luò)安全等級(jí)保護(hù)2.0 標(biāo)準(zhǔn)，與外網(wǎng)間使用網(wǎng)絡(luò)隔離裝置隔開，實(shí)行嚴(yán)格的數(shù)據(jù)備份機(jī)制，以保證數(shù)據(jù)安全。

3 產(chǎn)生的效益

A1 電站無人值守方式只是沒有運(yùn)維人員在就地值守，但巡視、檢修標(biāo)準(zhǔn)不變，預(yù)防性檢修、風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)及隱患排查、定期工作等涉及安全管理工作力度反而因無人值守而加大，從而可以實(shí)現(xiàn)安全和效益雙提升[6]。

3.1 安全效益

實(shí)現(xiàn)A2 電站與A1 電站同類型設(shè)備橫向?qū)崟r(shí)比對(duì)，提供便捷易用的方式方法。便于建立整體風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控體系，實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)的識(shí)別、分級(jí)、排查管理等工作。對(duì)各級(jí)風(fēng)險(xiǎn)提供相應(yīng)管控措施，能在標(biāo)準(zhǔn)工作、定期工作、作業(yè)票及兩措等實(shí)際管理工作中得到體現(xiàn)。

可以實(shí)現(xiàn)備品備件的集中管理，被動(dòng)檢修改變?yōu)轭A(yù)防性維護(hù)，提高各電站物資利用率，降低運(yùn)維成本。

3.2 管理效益

實(shí)現(xiàn)兩個(gè)集中式光伏電站人員的整合，一方面運(yùn)維工人可以由原有的10 人減少至6 人，便于合理安排，集中人員、力量，快速完成各項(xiàng)運(yùn)維工作，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)維人員的集成、集約，滿足生產(chǎn)需要；另一方面抽調(diào)出來的技術(shù)骨干可以更多的開展生產(chǎn)技術(shù)管理工作，極大地提高了光伏產(chǎn)業(yè)的技術(shù)管理水平。

綜上，屋頂分布式光伏電站及A1 光伏實(shí)現(xiàn)無人值守后產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)和安全效益。實(shí)現(xiàn)了新能源電站的管理創(chuàng)新，人員結(jié)構(gòu)優(yōu)化，提高了全員工作效率，更能為以后新能源高效集約管理進(jìn)行了積極有益的探索。

4 應(yīng)用遠(yuǎn)景展望

根據(jù)新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要，在光伏電站無人值守探索的基礎(chǔ)上，建設(shè)新能源集中管控云平臺(tái)和新能源統(tǒng)一調(diào)度中心。

新能源集中管控云平臺(tái)是對(duì)現(xiàn)有和未來所有新能源項(xiàng)目實(shí)行集中監(jiān)控、合理優(yōu)化資源配置、統(tǒng)籌調(diào)度運(yùn)維和檢修工作，達(dá)到降本增效的效果；對(duì)所有新能源項(xiàng)目的設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行全面、多維度的統(tǒng)計(jì)分析，為管理和運(yùn)維人員提供全面的數(shù)據(jù)支持，提升電站管理和運(yùn)維的整體水平，提高電站的發(fā)電效率。

新能源統(tǒng)一調(diào)度是充分利用信息化技術(shù)，建立電站云平臺(tái)及智能決策系統(tǒng)。通過在電站部署相應(yīng)的物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)備，建立復(fù)雜條件下物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境感知機(jī)制，通過環(huán)境感知系統(tǒng)、多態(tài)通信系統(tǒng)、智能分析系統(tǒng)、云平臺(tái)等，實(shí)現(xiàn)對(duì)電站環(huán)境、基礎(chǔ)設(shè)施、人員往來、異常狀況等多因素多維度的深度感知。針對(duì)多種感知信息，提出一套信息融合、智能決策與聯(lián)動(dòng)報(bào)警等策略和方法，建立基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能電站安防監(jiān)控與集中運(yùn)維系統(tǒng)。

5 結(jié)語

總而言之，在新能源建設(shè)的現(xiàn)狀下（點(diǎn)多面廣），無人值守技術(shù)可以合理優(yōu)化資源配置、充分利用人力資源，達(dá)到降本增效的效果，對(duì)以后的新能源產(chǎn)業(yè)的運(yùn)維管理起到很大的促進(jìn)作用。