光伏智能监控平台设计与应用

郭凯华，丁 宁，胡俊葵，董 明

（华能上安电厂，河北石家庄 050399）

0 引言

为实现碳达峰碳中和战略目标，各地大力推进分布式光伏的建设，推动新能源生成和消费。企业投资建设的光伏电站数量、规模都在逐年增加，大多数光伏发电企业的运维管理水平或手段不能匹配电站建设的速度，导致光伏电站生产管理能力不足，光伏电站发电效率低下，企业利润得不到可靠保障。

1 光伏发电企业存在的问题

（1）由于分布式光伏建设时期不同、承建商不同等原因，企业选用的设备，尤其是逆变器也是来自不同品牌，致使采集数据上传至各自的逆变器厂家平台。光伏企业需要查看光伏数据只能在不同平台之间切换。

（2）光伏企业需使用数据进行统计汇总或展示时，只能通过手动抄录。此种方式增加了较大的工作量，在准确性、及时性等方面也难以得到保证。

（3）光伏设备运行数据大部分直接发送到设备厂商平台，存在数据外泄等安全隐患。

（4）因数据分散在多个平台，监测、运维不及时导致部分设备长期处于低效运行或故障停机状态，直接影响了项目发电收益。

探索研究分布式光伏电站集中化运营可行性和应用成效。通过“互联网+”与光伏电站智能监控的有效融合，将大数据、云计算、移动互联网等技术在光伏电站集中监控平台，智能辅助决策、故障定位、移动巡检等功能中具体应用，实现各光伏企业对光伏电站的智能化、数字化运维和可视化管理。

2 光伏智能监控平台设计

2.1 光伏智能监控平台技术方案

为保障信息安全，平台项目安全防护框架体系遵循国家及公司网络安全相关要求，针对系统面临的主要安全风险，重点从边界安全防护、应用安全防护、数据安全防护、网络安全防护、终端安全防护方面加强安全防护。光伏智慧运维管控平台部署在企业内网，平台主要由现场侧、互联网采集前置、企业内网平台、大屏展示侧、移动端应用5 个部分构成。平台网络架构如图1 所示。

图1 平台网络架构

（1）分布式光伏采集数据经防火墙后发送至互联网侧采集前置机。采集前置机负责数据接入、数据解密、生成e 文件，然后通过反向隔离传输到厂区内网平台。

（2）光伏管控平台包括物联采集中心、数据服务中心和光伏智能管理云平台。云平台实现数据分析、计算和存储，按用户需要生成各种报表、全过程闭环管理工单、分类及自动推送的报警，并提供对外服务。

（3）监控展示大屏实现分布式项目运行状况的全景监测，实现大屏数据存储及分析计算，由大屏终端机通过企业内网直接访问展示。

（4）移动应用客户端，可以通过手机安装APP，由手机客户端软件通过企业内网直接访问展示，可以实现分布式项目运行状况的全景监测。

2.2 光伏电站数据采集

分布式光伏电站数据采集的对象主要为光伏逆变器。数据采集方式包括加装数据采集器、第三方平台数据接入两种方式。增量光伏项目以加装数据采集器方式实现，存量光伏项目如具备条件则通过第三方平台接入。

（1）逆变器数据直接采集。新增的光伏项目，在每个逆变器设备上加装一台数据采集器，使用RS485 接口读取逆变器运行信息，经过协议转换处理后，使用无线通信方式加密后将数据发送给远程服务器。基于运营商APN/VPN 专网接入主站的终端SIM 卡进行白名单控制，阻止非法终端接入，SIM 卡与采集终端绑定，关闭不必要端口，并使用专用通道进行加密传输。基于SSL/SASL 构建加密传输通道，利用基于终端设备证书签名验签的方式，进行终端身份鉴别和访问控制，阻止非法终端接入，保证数据安全。

（2）第三方平台数据接入。对于已建的存量光伏项目，综合考虑技术可行性及经济性，通过对接逆变器厂商的监控平台实现数据采集和运行监测。第三方平台的光伏数据采用e 文件形式进行推送，频率为15 min，平台定时进行e 文件解析入库。

2.3 光伏电站集中监控

基于采集的光伏电站运行数据，经大数据分析处理，通过PC端、移动端及监控大屏进行展示。使决策者能够实时掌握企业、电站的各项经营指标；支撑运维人员移动化作业，且能实时了解电站、设备的运行状态。智能监控平台如图2 所示。

图2 智能监控平台

（1）监控平台通过汇聚所有光伏电站的监测数据进行集中展示。监控首页整体布局包括左、中、右三部分，监测数据更新频率为15 s；大屏中部为核心区域，以地图方式展示已建电站的分布情况，页面自动轮循各站点并显示选中站点的详情信息，下方为所有站点当年总发电量；大屏左侧包括装机容量信息、分布式光伏及集中式光伏建设情况、当日发电功率；大屏右侧为节能减排效果、发电量及发电功率信息、当月发电趋势分析；同时每15 s 生成一个碳减排量气泡。

（2）村镇级分布式光伏用户列表监测，在地图上点击光伏电站弹出展示；页面左侧为该区县的已安装光伏的村镇列表；右侧为分光伏用户卡片列表，优先显示发电异常的用户。支持用户搜索，左侧村镇1 min 定时自动切换，用户列表卡片如有分页则10 s 自动切换一页，点击用户卡片跳转到用户详情页。

（3）分布式光伏用户详情，上侧显示用户基本信息及实时发电功率、当日发电量、当月发电量、累计发电量等统计信息；下方用TAB 页分布展示发电量趋势、逆变器列表，发电量趋势展示近30 日发电量趋势，逆变器列表展示各台设备基本信息及实时运行信息。

（4）光伏逆变器监测详情，包括发电量、有功功率、无功功率、直流侧功率、三相电流、电压、功率、功率因数等监测数据。

（5）异常告警监测，通过大数据综合分析，精准识别存在发电异常的设备并及时推送提醒。

2.4 光伏电站智能运维

光伏智能监控平台集中展示分布式光伏逆变器的故障及告警信息，包括逆变器产生的故障告警和系统根据预设的告警阈值触发的越限告警。告警预警界面上半部分显示各类告警占比，下半部分显示有告警场站列表，展示告警信息、告警状态、告警设备及告警时间，点击可查看实时告警数据及曲线。后台支持告警类型、告警等级、告警台区、告警用户、告警设备、告警时间等条件筛选，可根据告警设备运行趋势可对告警进行忽略、转故障研判、转抢修工单等方式进行处理。具体流程图如图3 所示。

图3 智能监控流程

（1）故障报修。监控人员发现设备故障后可通过故障报修提交故障信息，平台根据相关配置自动生成抢修工单，派发给运维人员进行处理。

（2）生成抢修工单。平台需实现按项目设置相应的运维团队，在接收到严重故障时自动生成抢修工单并分配到指定的运维人员。同时通过移动端应用向运维人员发送消息通知，提醒及时处理。普通告警信息由监控人员根据设备运行情况进行综合研判确定是否需要生成工单，如需生成可手动生成并下发作业工单。

（3）工单派发。运维班组长接收到工单之后，可根据运维人员当前位置及作业情况，派发工单给合适的运维人员。

（4）工单处理。运维人员接收到工单之后，对相应的故障设备开展运维作业，平台提供全流程闭环管控。

（5）工单评价。光伏企业可查询所负责光伏场站的运维工单信息，监控跟进工单处理进度，对处理完成的工单可进行评价。

3 结束语

通过光伏智能监控平台的建设应用，取得成效明显，总结主要如下：①实现不同品牌、不同容量、不同型号逆变器设备的集中监测和统一管理，为分布式光伏的集中管控提供了新的思路；②实现从设备运行风险预警、智能化故障研判到工单生成，再到运维全过程记录，最后实现运维的综合评价，形成了全流程闭环管控；③实现光伏项目的数字化、精细化运营管理，降低了光伏设备故障发生率和故障时长，提升了光伏电站发电效率，有力保障了企业投资收益。