光伏电站智能运维发展趋势的探讨

邵松　曹海英

摘 要：光伏电站即将由大规模建设阶段进入大规模运维阶段，光伏电站的运营、维护将成为未来光伏产业的主要话题。根据光伏电站发展趋势，智能运维已经迫在眉睫，本文对数字信息技术、互联网技术与光伏技术进行跨界融合进行比较与探讨，分析出光伏电站智能运维的发展趋势。

关键词：智能光伏电站；自动化；信息化；智能化

中图分类号：TM73 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）16-0162-02

1 目前现状与发展前景

随着光伏发电装机规模的迅速扩大，电站运营管理水平的高低将直接成为影响发电成本的重要因素。目前国内光伏智能电站建设与运营尚处萌芽阶段，为了缩短光伏发电站运行巡检时间，全面记录倒闸操作过程，准确判断并消除故障点，提高光伏电站整体运维和安全管理水平进而提高电站收益水平，本文从智能电站的角度入手，对智能运维管理模式进行探讨，为实现无人值守或少人值守电站进而降低运维成本提供参考。

2 智能光伏运维电站定义

所谓智能化运维即减少人的介入、实现全自动化无人运行，实现故障的自动发现，自动诊断和自动修复，从而提升发电量，减少维护成本，提高系统收益。

智能化运维必须经历三个阶段：自动化、信息化、智能化。

自动化是指电站现场减少人工的工作，系统设计成无易损部件，免维护，无需专家现场进行问题诊断，无需人工现场修复；信息化是指组串的高精度智能检测，信息的高速可靠安全低成本传输，后台数据的高可靠性存储及监视；智能化则是基于大数据的问题分析，实现主动发现问题并提出运维建议：基于远程移动运维，实现专家远程指导和复用；基于专家运维系统，实现预防性维护；基于自动报表系统，实现数据不同层面的自动报告。

2.1 自动化

传统方案中在自动化方面存在几个问题。

第一，传统方案一般放置于砖瓦房或集装箱内，设备体积大，需重型设备吊装，安装成本高。

第二，傳统方案在汇流箱中需大量使用熔丝保护，选用熔丝做组串防护，需大量常规维护。

第三，传统方案采用外部风扇进行散热，但风扇防护等级只有IP54/55，防护等级较低，并且存在噪声大，可靠性差，更换维护成本极高等问题，最重要的是一旦风扇失效将极大减弱逆变器的散热能力。

智能光伏电站从整体架构上来说更为简单，去除易损件，把复杂功能进行整合，去除需要维护的部件和工作。总体来说，智能光伏解决方案能让电站建设更加简单，简化设计与采购环节，缩短建设周期，简化备品备件的关系，提高系统可靠性及发电量。

2.2 信息化

传统光伏方案在设备数据通信方面并不完善。

传统方案数据监测颗粒度粗，精度低，传输可靠性低。集中式/集散式逆变器没有组串监控，直流汇流箱也没有组串监控，检测精度仅为3%，而且集中式只能检测电流。

传统方案整个通信网络信号传输可靠性低，因为传统电站子阵内RS485通信连接设备部件种类多，包括直流汇流箱、直流柜、逆变器、箱变等设备，而且大多采用不同厂家的设备，由于不同设备设计差异，不同设备连接在一起后存在地电位差，造成接口模块打坏，且无法事先对组合的部件进行系统测试；与电力线缆一起铺设的时候，会受到干扰。

智能光伏解决方案能够做到更高精度的组串智能检测，子阵内传输与电站内传出分别采用更先进的PLC电力载波通信技术。在组串检测方面，采用高精度霍尔传感器，通过高频差分算法补偿、高精度仪器出厂校准，实现0.5%高精度监测，能对组串电压、电流二维信息精确监测，精度是智能汇流箱的6倍以上。并且可以实时监控组串状态，发生异常自动告警，精确定位组串故障。

引入PLC电力载波通讯技术替代RS485，传输速率从RS485能达到的9.6bps（最大也只能19.2Kbps）大大提升到200Kbps。PLC方案借用交流线做通道，可靠性高，器件损坏仅更换故障单板即可，可维护性好，不需单独挖沟更换。总体来说，PLC电力载波通讯技术，能达到节省通讯线缆，提高可靠性的目的。

2.3 智能化

传统光伏方案并没有涉及顶层智能化改造，而智能光伏率先提出智能化解决方案，通过建立一套全球化自动营维系统实现智能化，构建一体化云平台，构建面向“能源互联网”的应用基础。具体体现在以下几个方面：

（1）大数据分析主动挖掘低效器件，实现预防性维护。对于电站业主，尤其是有大量光伏电站的客户，不仅要考虑电站如何维护，更要考虑电站如何运营，主动地优化电站的运行状态，比如通过5点4段的PR分析，把每一段组件+线缆、逆变器、箱变、升压段的线损等所有的电站综合起来分析，通过横向和纵向的分析，把效率低的电站的和阶段找出来，进行优化。

通过大数据分析，对所有的组串和设备做离散分析，把异常但是没有出问题告警的组串/设备识别出来，比如一个热斑，系统可能没有告警，但是已经比其他组串落后，就可以通过离散分析找出来，进行预测性的维护，这就是主动经营的应用。

（2）远程运维，电站现场“无人值班、少人值守”。在电站现场无需人员值班，专家在总部集中实施监控、分析即可。当电站出现问题时，主动将告警与修复建议推送值守人员，值守人员可完全按照指示处理，快速提交闭环。遇到复杂问题，可进行现场状况实时回传，包括视频、语音、数据等全方位信息，数据回传至云数据中心，由数据中心专家进行远程指导，实现保障现场人员安全、规范修复故障流程、处理结果迅速闭环。

（3）精准定位故障，减少误诊断率，提高运维效率。很多集中式电站中，组串发生问题都发现不了，发电量的损失根本都找不回来。结合智能光伏控制器的组串级高精度的监测，可以及时发现故障，另外通过数据库的分析，能够精确地发现是哪个设备发生故障，还能根据预制和运维经验得来的措施，提出处理建议，避免来回排查、取设备等。

3 智能化光伏电站的构成

光伏电站智能化构成可分为3个层次：底层——设备硬件智能化（包括光伏组件、逆变器、配电装置等）；中间层——光伏电站生产监控管理功能智能化及发电最优控制；顶层——大区域决策服务。

（1）底层——光伏场内硬件设备，应配置智能光伏控制器，控制器应能精细实现没录光伏电池组串的数据监测，对输入的每一路进行独立的电压电流检测，提高检测精度，为准确定位故障与提高运维效率奠定了基础；MPPT路数更多，能实现能量的精细化管理；采用高精度的传感装置，保证更高的数据精度，提升电站系统的发电量和维护性。

（2）中间层——光伏电站智能化运维系统，基本分为智能光伏监控系统电站和智能光伏生产管理系统两部分。系统之间真正的互联互通，实现信息管理系统与各子站的信息互通。整个系统按照“一体化”设计原则，在统一的通信平台上，配置一体化的计算机监控系统，实现对电站各类设备运行状态的监控。

（3）顶层——集团总部或区域集控运维中心，实现对各电站进行集中管理，提高电站的管理和运维效率，提升发电量，降低管理成本；基于云计算平台，具备管理数十吉瓦、数百电站的数据接入能力，支持25年，数百TB的数据存储，完备的权限控制和鉴权机制，保证数据安全；支持多种电站接入，扩展介入新电站，将位于全国不同位置的多个电站当作本地逻辑电站进行管理，分析各电站全年和各月发电计划完成情况、运维投入情况，辅助集团领导决策分析；汇总多个电站生产数据、融合分析、形成一整套跨点站的KPI指标来评估电站的运营情况，评估电站的运行健康状态，快速找出短板，给出优化建议。

4 结语

随着我国光伏产业发展日趋成熟，光伏电站运行场景逐渐多样化，在此情况下，提升光伏电站发电量，保障电站高效运行成为电站业主最基本的诉求。光伏电站智能化运维不仅在降低运维成本，提高光伏电站收益方面更具优势，也是我国智慧能源产业体系的重要组成部分，将成为光伏发展的新趋势。endprint