光伏電站智能運維發展趨勢的探討

邵松　曹海英

摘 要：光伏電站即將由大規模建設階段進入大規模運維階段，光伏電站的運營、維護將成為未來光伏產業的主要話題。根據光伏電站發展趨勢，智能運維已經迫在眉睫，本文對數字信息技術、互聯網技術與光伏技術進行跨界融合進行比較與探討，分析出光伏電站智能運維的發展趨勢。

關鍵詞：智能光伏電站；自動化；信息化；智能化

中圖分類號：TM73 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）16-0162-02

1 目前現狀與發展前景

隨著光伏發電裝機規模的迅速擴大，電站運營管理水平的高低將直接成為影響發電成本的重要因素。目前國內光伏智能電站建設與運營尚處萌芽階段，為了縮短光伏發電站運行巡檢時間，全面記錄倒閘操作過程，準確判斷并消除故障點，提高光伏電站整體運維和安全管理水平進而提高電站收益水平，本文從智能電站的角度入手，對智能運維管理模式進行探討，為實現無人值守或少人值守電站進而降低運維成本提供參考。

2 智能光伏運維電站定義

所謂智能化運維即減少人的介入、實現全自動化無人運行，實現故障的自動發現，自動診斷和自動修復，從而提升發電量，減少維護成本，提高系統收益。

智能化運維必須經歷三個階段：自動化、信息化、智能化。

自動化是指電站現場減少人工的工作，系統設計成無易損部件，免維護，無需專家現場進行問題診斷，無需人工現場修復；信息化是指組串的高精度智能檢測，信息的高速可靠安全低成本傳輸，后臺數據的高可靠性存儲及監視；智能化則是基于大數據的問題分析，實現主動發現問題并提出運維建議：基于遠程移動運維，實現專家遠程指導和復用；基于專家運維系統，實現預防性維護；基于自動報表系統，實現數據不同層面的自動報告。

2.1 自動化

傳統方案中在自動化方面存在幾個問題。

第一，傳統方案一般放置于磚瓦房或集裝箱內，設備體積大，需重型設備吊裝，安裝成本高。

第二，傳統方案在匯流箱中需大量使用熔絲保護，選用熔絲做組串防護，需大量常規維護。

第三，傳統方案采用外部風扇進行散熱，但風扇防護等級只有IP54/55，防護等級較低，并且存在噪聲大，可靠性差，更換維護成本極高等問題，最重要的是一旦風扇失效將極大減弱逆變器的散熱能力。

智能光伏電站從整體架構上來說更為簡單，去除易損件，把復雜功能進行整合，去除需要維護的部件和工作。總體來說，智能光伏解決方案能讓電站建設更加簡單，簡化設計與采購環節，縮短建設周期，簡化備品備件的關系，提高系統可靠性及發電量。

2.2 信息化

傳統光伏方案在設備數據通信方面并不完善。

傳統方案數據監測顆粒度粗，精度低，傳輸可靠性低。集中式/集散式逆變器沒有組串監控，直流匯流箱也沒有組串監控，檢測精度僅為3%，而且集中式只能檢測電流。

傳統方案整個通信網絡信號傳輸可靠性低，因為傳統電站子陣內RS485通信連接設備部件種類多，包括直流匯流箱、直流柜、逆變器、箱變等設備，而且大多采用不同廠家的設備，由于不同設備設計差異，不同設備連接在一起后存在地電位差，造成接口模塊打壞，且無法事先對組合的部件進行系統測試；與電力線纜一起鋪設的時候，會受到干擾。

智能光伏解決方案能夠做到更高精度的組串智能檢測，子陣內傳輸與電站內傳出分別采用更先進的PLC電力載波通信技術。在組串檢測方面，采用高精度霍爾傳感器，通過高頻差分算法補償、高精度儀器出廠校準，實現0.5%高精度監測，能對組串電壓、電流二維信息精確監測，精度是智能匯流箱的6倍以上。并且可以實時監控組串狀態，發生異常自動告警，精確定位組串故障。

引入PLC電力載波通訊技術替代RS485，傳輸速率從RS485能達到的9.6bps（最大也只能19.2Kbps）大大提升到200Kbps。PLC方案借用交流線做通道，可靠性高，器件損壞僅更換故障單板即可，可維護性好，不需單獨挖溝更換。總體來說，PLC電力載波通訊技術，能達到節省通訊線纜，提高可靠性的目的。

2.3 智能化

傳統光伏方案并沒有涉及頂層智能化改造，而智能光伏率先提出智能化解決方案，通過建立一套全球化自動營維系統實現智能化，構建一體化云平臺，構建面向“能源互聯網”的應用基礎。具體體現在以下幾個方面：

（1）大數據分析主動挖掘低效器件，實現預防性維護。對于電站業主，尤其是有大量光伏電站的客戶，不僅要考慮電站如何維護，更要考慮電站如何運營，主動地優化電站的運行狀態，比如通過5點4段的PR分析，把每一段組件+線纜、逆變器、箱變、升壓段的線損等所有的電站綜合起來分析，通過橫向和縱向的分析，把效率低的電站的和階段找出來，進行優化。

通過大數據分析，對所有的組串和設備做離散分析，把異常但是沒有出問題告警的組串/設備識別出來，比如一個熱斑，系統可能沒有告警，但是已經比其他組串落后，就可以通過離散分析找出來，進行預測性的維護，這就是主動經營的應用。

（2）遠程運維，電站現場“無人值班、少人值守”。在電站現場無需人員值班，專家在總部集中實施監控、分析即可。當電站出現問題時，主動將告警與修復建議推送值守人員，值守人員可完全按照指示處理，快速提交閉環。遇到復雜問題，可進行現場狀況實時回傳，包括視頻、語音、數據等全方位信息，數據回傳至云數據中心，由數據中心專家進行遠程指導，實現保障現場人員安全、規范修復故障流程、處理結果迅速閉環。

（3）精準定位故障，減少誤診斷率，提高運維效率。很多集中式電站中，組串發生問題都發現不了，發電量的損失根本都找不回來。結合智能光伏控制器的組串級高精度的監測，可以及時發現故障，另外通過數據庫的分析，能夠精確地發現是哪個設備發生故障，還能根據預制和運維經驗得來的措施，提出處理建議，避免來回排查、取設備等。

3 智能化光伏電站的構成

光伏電站智能化構成可分為3個層次：底層——設備硬件智能化（包括光伏組件、逆變器、配電裝置等）；中間層——光伏電站生產監控管理功能智能化及發電最優控制；頂層——大區域決策服務。

（1）底層——光伏場內硬件設備，應配置智能光伏控制器，控制器應能精細實現沒錄光伏電池組串的數據監測，對輸入的每一路進行獨立的電壓電流檢測，提高檢測精度，為準確定位故障與提高運維效率奠定了基礎；MPPT路數更多，能實現能量的精細化管理；采用高精度的傳感裝置，保證更高的數據精度，提升電站系統的發電量和維護性。

（2）中間層——光伏電站智能化運維系統，基本分為智能光伏監控系統電站和智能光伏生產管理系統兩部分。系統之間真正的互聯互通，實現信息管理系統與各子站的信息互通。整個系統按照“一體化”設計原則，在統一的通信平臺上，配置一體化的計算機監控系統，實現對電站各類設備運行狀態的監控。

（3）頂層——集團總部或區域集控運維中心，實現對各電站進行集中管理，提高電站的管理和運維效率，提升發電量，降低管理成本；基于云計算平臺，具備管理數十吉瓦、數百電站的數據接入能力，支持25年，數百TB的數據存儲，完備的權限控制和鑒權機制，保證數據安全；支持多種電站接入，擴展介入新電站，將位于全國不同位置的多個電站當作本地邏輯電站進行管理，分析各電站全年和各月發電計劃完成情況、運維投入情況，輔助集團領導決策分析；匯總多個電站生產數據、融合分析、形成一整套跨點站的KPI指標來評估電站的運營情況，評估電站的運行健康狀態，快速找出短板，給出優化建議。

4 結語

隨著我國光伏產業發展日趨成熟，光伏電站運行場景逐漸多樣化，在此情況下，提升光伏電站發電量，保障電站高效運行成為電站業主最基本的訴求。光伏電站智能化運維不僅在降低運維成本，提高光伏電站收益方面更具優勢，也是我國智慧能源產業體系的重要組成部分，將成為光伏發展的新趨勢。endprint