光伏电站智能化运维研究

刘 龙

国投新能源（红河）股份有限公司，云南 红河 654300

0 引言

随着新能源的不断开发利用，光伏电站的建设规模不断扩大，但光伏电站的实际运行质量并不理想。主要原因是国内光伏电站运行维护技术发展相对缓慢，运维新技术的开发、运用与建设规模不匹配，难以满足光伏电站高质量、低成本的运行要求。智能化运维技术的开发运用能最大限度地缩短运行巡检时间，通过全面记录光伏电站系统的运行情况，可以及时发现系统中的故障问题，切实提升整体运维管理水平，提升光伏电站的经济效益和社会效益。

1 光伏电站智能化运维的意义

1.1 实时监测系统运行

通过智能化运维，能够实时监测整个光伏电站的建设和运行情况，确保系统各项运行参数按照系统质量标准要求正常运转。在光伏电站系统运行过程中，智能化运维还可以利用现代化和智能化的技术手段，对系统隐蔽故障或者异常情况进行及时预警，并精准定位故障位置，分析系统的故障类型和故障发生原因，为运维人员提供科学的故障解决方案，缩短系统故障维修时间，提升故障解决效率[1]。

1.2 减少人力资源成本

智能化运维技术的应用能在一定程度上减少人力资源成本，提升光伏电站运行的经济效益。在智能化运维中，还可以利用大数据技术和互联网技术，将光伏电站周边环境条件因素纳入电站的数据库，这些数据资源对于防阻塞、除尘等运维方案的制订有重要的支撑作用[2]。

1.3 实现精准管理

智能化运维能够实现不同光伏电站之间的资源信息共享，并通过云计算、数字信息等技术精准地预测光伏电站瞬时功率和年发电量等参数，有助于实现光伏电站运维的精准管理[3]。

2 光伏电站智能化运维管理体系

光伏电站智能化运维管理体系主要包括智能设备层、智能控制层、智能监控层和智能决策层。

2.1 智能设备层

智能设备层发挥着重要的连接枢纽作用，通过智能设备层，物理世界和虚拟世界才能实现有效融合，这也是数字孪生技术应用与发展的重要基础[4]。在智能设备层中，可以利用先进的、全方位的测量技术，汇总发电站中所有设备的运行数据、工艺参数、环境条件等信息，有助于实现系统的自我分析判断。由此可见，智能设备层具有非常全面的感知能力，在控制决策层的支持下，智能设备层会将相应的处理控制信息传至相应的设备，实现闭环式的控制管理。智能设备层的主要构成是监测设备，可以测量生产环节的运行参数。智能设备层的工作强度较大，需要进行频繁重复的操作[5]。

2.2 智能控制层

智能控制层的运行关键在于控制，这种控制行为的实现需要建立科学完善的规则模型，同时还需要利用自适应控制、诊断预测控制、模糊控制和神经网络控制等手段，根据设备层的数据信息和指示信息，实现电站系统中各个环节与工艺的有效控制[6]。因此，智能控制层的运行重点在于完善算法与操作系统。相关人员需要全面考虑光伏电站运行的安全性、节能性、环保性和经济性等因素，使智能控制层能够全面处理数据信息，并能够自动修复数据处理过程中的误差。

2.3 智能监控层

智能监控层的主要作用是监督与控制。智能控制层的监控是全方位的，涉及设备层的实时运行信息、控制层的实时数据及决策层的策略信息等。智能监控层要实时、全面监督生产流程和设备运行状况，因此，智能监控预警系统的构建尤为重要，需要配置完善的系统维修保养体系，在最大程度上保障系统设备的正常运行。智能监控层的运行具有较强的灵活性和适应性，能够根据实际管理需要进行功能的拓展与缩减。

2.4 智能决策层

智能决策层通过生产信息大数据和运维管理云平台对光伏电站系统中所有的生产要素信息进行智能化的数字管控，并在这些数据信息的基础上进行数据分析。在智能决策层中汇聚了大量的生产数据信息和管理信息，能够为光伏电站智能化运维管理的各项决策提供辅助性的参考。智能决策层需要结合实际环境条件实现自身系统的优化[7]。

3 光伏电站智能化运维技术

3.1 智能运维无人机技术

部分光伏电站建在山区、沙地等区域，很难通过人工巡检实现光伏电站的运维巡检，而应用智能无人机技术能够有效解决此问题。智能运维无人机可以搭载红外成像相机或者可见光成像相机等，对光伏电站相关区域进行组件红外检测、表面灰尘检测、隐裂检测等，实时监测与诊断光伏电站的运行情况。

智能运维无人机主要包括动力部分、支撑部分和控制部分，具有荷载小、机动灵活的特点，可以根据实际的运维检测任务配置相应的任务设备。在实际使用中，首先需要标注、导入作业区域，然后在系统中设定任务高度、路径间隔、飞行起始点、航点间隔等参数，这样智能无人机就可以自行设计和规划巡检飞行路线，并在实际飞行过程中自动调整起降和飞行。如果巡检区域内存在障碍物，可以提前进行指示备注，以确保无人机在规划路径时顺利躲避障碍物。

智能无人机在飞行过程中可以拍摄光伏电站运行状态，所拍摄的照片可以通过基于OpenCV开发的图像拼接程序进行离线拼接处理，以生成相应的三维全景图像。这为光伏电站运维状况的监测和控制提供了重要的信息支撑。

3.2 光伏组件自动清洗技术

光伏组件是保障光伏电站正常运转的基础，灰尘、雨雪等遮盖物的存在很容易影响光伏组件的性能，降低光伏电站的发电效率。因此，光伏组件自动清洗技术也是光伏电站智能化运维的重要技术手段。现阶段，常用的光伏组件自动清洗技术主要是采用清洗机器人清洗或者改变光伏组件自身的结构使其完成自动清洗。

清洗机器人的主要应用模式有单排清洗、跨排清洗和便携式清洗等。单排清洗是仅针对单排光伏组件的清洗方式；跨排清洗能够实现多排光伏组件的清洗，但是耗水量较大，应用稳定性较差；便携式清洗的应用较灵活，但是受机器人电池容量的限制，使用效率并不高。

对于光伏组件自身结构的调整，一方面可以通过调整组件结构来实现。例如，在太阳能电池板的连接板上安装振动器，定期启动振动器可以自动清除电池板上的遮盖物，以保证光伏发电效率。另一方面，可以优化光伏组件自身的结构材料。例如，采用玻璃面板的光伏组件可以在其表面增设一层超亲水性材料作为自清洁材料，比较典型的是二氧化钛材料，这种材料能够与玻璃发生一定的物理或者化学反应，使其呈现自清洁的效果。目前，光伏组件自清洁材料的制备存在一定的难度，需要在材料性能与发电效率方面加大研究力度。

光伏组件自动清洗设备与无人机技术可以配合使用，当无人机检测到的热斑超过系统设定值时，系统会将相关信息传至清洗设备，驱使清洗设备清洗组件表面，直至热斑信息达到正常设定值。

3.3 光伏组件功率预测技术

光伏组件功率预测是根据光伏电站运行的影响因素科学地预测、分析光伏电站的运行功率。从时间维度上划分，功率预测可以分为超短期、短期和中长期预测，其预测方法也比较多样，包括物理方法、数学统计分析等。

现阶段，比较先进的预测系统是光伏并网系统与新型光伏发电功率预测组件系统，该预测系统主要包括光伏发电系统、数值天气预报系统、预测数据库系统、光伏发电功率预测系统、EMS能量管理系统。其中，数值天气预报系统可以测量、收集与分析光伏电站所在区域一段时间范围内的光照量、气温、日照时间等天气信息；预测数据库系统可以存储光伏电站运行时的各方面历史数据；光伏发电功率预测系统可以在前两个数据系统的基础上，采用特定的预测算法构建科学的功率预测模型，预测光伏电站的输出功率；EMS能量管理系统在软件和硬件系统功能的支撑下，通过采集、分析系统运行数据来调整发电计划，实现对发电功率预测系统的实时管理，确保发电计划的科学性和合理性。

4 光伏电站智能化运维的发展策略

4.1 建立健全运维计划

完善的运维计划是保障光伏电站智能化运维管理工作正常开展的重要基础。运维计划的制订要面向整个系统，其主要内容包括上网电量的预算、发电量的预算及运维管理工作中的应急处理措施等。运维计划的制订需要充分结合光伏电站的运行情况和实际工作要求，经过层层审批，经批准后才可以落实与执行。科学严谨的运维计划是运维工作开展的基础，是电站系统管理工作顺利开展的重要保障。

4.2 培养高素质的运维团队

光伏电站智能化运维管理服务涉及线上客服与线下实施，运维服务的主要工作内容是监控管理、设备运营整修、打包售后服务及客户投诉处理等。各项运维服务工作的开展需要由专业的工作人员来执行，以确保对系统中的故障问题进行专业的排查与维护。如果涉及客户投诉，需要有相应的客服进行沟通，以及时处理客户反馈的问题。因此，运维管理服务队伍的专业性是满足用户需求的根本保障。一支高素质的运维服务团队不仅能够提升系统问题的处理效率，在一定程度上提高光伏电站的经济效益，而且对于树立电站企业的良好社会形象也尤为关键。

4.3 积极运用先进技术手段

光伏电站智能化运维管理工作中需要积极运用互联网、大数据及云计算等技术。运用互联网技术，能够在故障问题发生的第一时间上报，进而实现故障的修复、排除；应用大数据技术，能够实现光伏电站的技术化管理，从而大大节省人工成本，大数据信息库的建立可以为相关的运维管理工作提供全面的数据信息，为管理业务流程的精细化提供重要的支撑。

4.4 鼓励光伏电站的技术革新

随着社会的发展和科学技术的进步，光伏电站在实际应用中要不断革新，朝着数字化、智能化和高效化的方向发展。例如，可以对光伏电站现有低速传输通道进行升级改造，确保光伏电站在视频、语音等方面的通信传输的高容量、高稳定性和有序性，将系统信息全部上传到云上加以存储，并通过大数据技术对数据信息加以分析与展示，为工作人员的分析和决策提供重要依据[8]。同时，光伏电站智能化运维需要积极引进创新性理念，在满足客户利益和企业效益的条件下，推动光伏电站朝着高精尖方向有序发展。

此外，在光伏电站智能化运维工作中的运用物联网技术能够实现远程数据的采集，相关传输过程由无线传感网络完成，具有智能化和微型化的特点。物联网技术的应用能够有效减少数据信息失真的情况，是光伏电站智能化运维发展的重要方向。

5 结束语

综上所述，在光伏电站智能化运维管理中，需要在光伏电站智能化体系结构下，积极引入先进的科学技术和专业的运维管理队伍，以保障光伏电站的正常、稳定、高效运转。智能化运维技术在光伏电站中的应用，不仅提高了光伏电站的运行效率，而且对于光伏电站运维成本的控制十分有利，有利于提升光伏电站的经济效益，并显著提升光伏电站的综合效益。