光伏电站智能化运营研究

北京科诺伟业科技股份有限公司 ■ 张胜红 赵栋利 赵妍

0 引言

我国光伏行业在经历了近几年的爆发式建设潮之后，各个集团业主逐渐开始关注光伏电站的运维和经营。目前大型集团的业主都掌握着几百MW甚至GW级的电站资源，在“弃光限电”之声此起彼伏的行情下，国家和地方也在对发电补贴进行下坡调整，那么企业研究如何提高自身的造血能力也就成为必然趋势[1]。现在越来越多的光伏电站发电设备都配备智能传感器，为光伏电站的智能化运维提供了良好的条件。本文的研究内容主要有：

1)基于安全生产、保障效益的运维目标，分析研发一套具有规范流程的光伏电站智能化生产运行管理软件。

2)基于集团业主对多个电站资源整合、集中运维的需要，分析研发一套集团级集中运营的信息系统。

1 智能化运维的必要性分析

经过长时间的调研和现场观察后，对目前光伏电站运维普遍存在的几个问题进行了总结，主要体现在：

1)现场值班人员通常是聘用当地仅具备少量电力知识的人，只能处理简单的情况；

2)现场人力、财务、物资等管理松散，造成资源浪费；

3)现场两票(工作票、操作票)操作、巡检等缺乏标准流程，运行管理缺乏监控与记录跟踪；

4)现场SCADA系统对直流侧及低压侧监控较多，但高压侧监控较少，且缺乏设备运行状态的分析[2]；

5)现场通常同时运行多个厂家的多套信息系统，相互之间孤立，缺乏协同，且给值班人员造成学习成本高、操作不便等问题；

6)集团业主通常较难实时获得电站发电信息，只能低效、被动地汇总旗下所有电站数据；

7)集团技术人员、专家等只能被动等待现场申请处理疑难问题，不能充分发挥他们的作用；

8)集团运维工作改进等决策缺乏运维经营实际数据，很难做到科学决策。

2 电站生产运行管理系统研究

基于安全生产、保障效益、高效运维等设计思路，电站生产运行管理系统既要具备监视所有设备运行数据、故障报警、异常预警等功能，同时还要兼顾生产技术管理、安全监督管理、运行操作规程管理、物资管理，以及财务管理、人力资源管理、办公管理等多项管理。这样就形成了一套完整的电站级智能管理软件，目标是规范和制度化管理电站的运行维护及经营活动[3]。

3 集中运营系统研究

基于集团业主及其技术、经营人员对旗下所有电站真实运行经营数据的需求，在设计集中运营系统时，首先应考虑各电站与集团总部之间运行经营信息的透明性，该系统应能与各电站的生产运行管理系统无缝对接；其次，对接之后能存储海量的电站设备运行数据及电站生产管理数据，一方面为技术研究提供了实验数据，另一方面为管理层做出科学决策提供了数据支撑；最后，提供高级应用，如区域电站对标分析、厂家设备质量评估、电站质量评价、投融资风险评估等，从而全面指导电站生产及运营，甚至促进新电站的建设能力[4]。

4 技术支撑

电站生产运行管理系统及集中运营系统在技术上都包含数据采集、数据存储、数据分析、数据展示这些环节。

1)数据采集可依托具备物联网功能的数据采集器，能与电站各种设备或监控系统通信；设备运行数据通过传感器产生，并通过电力行业常用通信协议101、104或Modbus等将数据包上传到采集器，采集器解析数据包、存储实时数据、转发实时数据到远程数据中心。

2)数据存储可分为电站运行数据存储和生产经营管理数据存储。由于电站运行数据实时性强及数据量可呈海量增长，因此，可考虑通过互联网行业的大数据平台进行管理，如专门为大数据而生的大数据平台Hadoop，可通过其中的组件HBase、Hive来存储海量历史数据和分析数据。而电站生产经营管理数据具备传统的关系型结构化特点，可采用高性能的关系型数据库，如SQLServer、Oracle、MySQL等进行管理。

3)数据分析主要包括对各种资源情况、运行状况、经营管理的指标分析，以及故障诊断性、资源性预测预警分析。指标分析可通过数据仓库(如HIVE、SSAS)等BI技术来实现。预测预警分析则属于数据挖掘范畴，需要具备数据建模、预测分类算法、数据挖掘准确性验证等功能的工具来实现，如传统的BI工具SSAS提供基本的聚类分析、逻辑回归、时序分析、决策树、神经网络等数据挖掘算法的实现；而在最新的大数据领域，Hadoop相关组件或编程框架提供更强大的数据挖掘、机器学习算法，如Spake、TensorFlow等工具平台。

4)数据展示主要是将电站运行数据通过网站形式实时的、历史的、分析的发布出去，通过线上软件系统运行规范化、流程化的经营管理方式，从而将一个和多个电站的生产运营管理全面实现信息化、智能化。技术实现上包括PC端数据展示系统和移动端APP，这些都是现在很成熟的互联网和移动互联网技术。

5 系统架构

对于集团业主，投资运营了大量集中式或分布式光伏电站，站级生产运行管理系统及集团级集中运营系统很有必要，这两个系统可集成在一套软件中，具体架构如图1所示。

集控中心远程建设在集团总部，或应用公有云资源，大量服务器资源负责数据收集、存储、分析及展示发布，从而形成一个大数据中心平台，对电站端进行数据收集，向用户端提供集中监控运维管理系统及其移动APP。

图1 站级生产运行管理系统与集团级集中运营系统结合后的系统图

6 结论

本文研究设计了适应光伏电站特点的站级生产运行管理系统及集团级集中运营系统。前者解决了现今光伏电站现场运维及经营的一些痛点，通过一体化设计，集成了原本孤立难用的多套软件系统，降低了学习成本，规范了运维人员操作，提高了生产安全性和工作效率；后者解决了电站经营与总部经营的信息透明性问题，同时充分发挥了技术研究人员的能力。通过物联网、互联网、移动互联网、大数据等技术的应用，将有效解决当前光伏电站运营过程中各种低效、高成本的问题，促进光伏企业高效经营管理。

[1] 张鑫.光伏智能电站建设与运维管理的探讨[J].中国电力企业管理, 2014, (E1): 965－966.

[2] 姚焰华.光伏电站运维管理的分析与探讨[J].科技创新,2014, (25): 73－74.

[3] 王哲,林艳海, 刘璇璇, 等.未来智能光伏电站几点思考[J].太阳能, 2014, (9): 12－15.

[4] 檀庭方,李靖霞,吴世伟,等.基于“互联网+”的智能光伏电站集中运维系统设计与研究[J].太阳能, 2017, (9): 2－3.