光伏電廠智能化技術應用分析

楊吉洲 黃世清 李新軍

徐聞縣粵水電能源有限公司 廣東 湛江 524100

引言

隨著國家戰略“雙碳”目標推進，將加速我國能源結構轉型，傳統化石能源占比將快速下降，低碳、零碳排放的清潔能源大幅增容，光伏占比將快速提升。光伏制造成本逐年下降，光伏發電進入廣譜化時代，也將從工業走向生活，從集中走向分散，從單一走向多元。光伏也將向著智能化模塊化轉型。

光伏成本圖（以下數據來自中金公司）：

圖1 能源成本對比

隨著光伏板廣泛應用，光伏板趨于小規模化、智能化、集成化、模塊化等進化，光伏發電存在缺點逐漸應用過程中不斷進行彌補，通過融入生態環境將光伏發電實現兩大功能，第一區域自給自足，第二起到削峰填谷作用，以下是光伏應用各種場景：

圖2 光電分布

本項目所在地為熱帶地區（廣東省徐聞縣），鯉魚潭光伏電廠總裝90MW，占地面積約1400畝，位于水庫消落區，屬“漁光互補、農光互補”發電項目，已經全部投產發電。本地區屬于海洋性氣候，具有高溫、潮濕、鳥蟲多等特征。本發電項目占地面積廣，電氣設備數量多而分布成片區，運行條件復雜多變。如果保持傳統的運維管理模式，人員投入較大。設備管控盲點也多，工作量顯為突出，無法短時間內完成所有設備的巡檢工作。設備能否穩定運行直接影響著電廠的安全與效益。

1 項目目的

隨著光伏電廠設備的運行，光伏設備衰減老化逐漸突出，設備缺陷趨于隱性，設備維護量越來越大，因此需要不斷進行技術升級和管理層面的優化，對運行過程中發現的一些問題進行研究改進以保證發電設備各項性能指標滿足要求。

在努力提高光伏發電設備質量的同時，利用先進的智能化管理技術和大數據手段為突破點，來做好光伏發電設備漫長全生命周期的運行維護，確保其最大效益化是光伏發電穩定發展的終極目標。對已經運行的光伏發電設備，可以通過技術研究，延長光伏發電設備的設計壽命，保證設備可利用率

2 整體思路

根據以上特點，決定推行智能化電廠管理技術并結合現場實際情況，簡述項目關鍵技術分為以下幾個方面：

①智能化技術：高壓電纜頭智能測溫技術；光伏區智能驅鳥技術；智能滅火器技術；室內智能溫濕管控系統技術；智能化巡視。②智能化管理：智能倉庫管理系統；智能化診斷；智能化修復。③智能化分布：建筑結合；需求功能結合；光儲結合；水光結合。④生態智能化：農光互補；林光互補；漁光互補。

3 智能化技術解析

3.1 高壓電纜頭智能測溫技術

徐聞鯉魚潭光伏發電廠設備分散范圍廣，電氣電纜設備連接點眾多。由于長時間帶電運行連接點受環境等因素影響容易出現氧化、松動導致連接不牢、生熱、甚至起火，存在安全隱患。

智能系統設計每臺箱變設置1臺RD-TC300無線測溫主機、升壓站設置3臺RD-TC300無線測溫主機用來接收電纜接頭溫度數據，通過RS485口將數據傳輸給主站智能管理系統平臺。每次可節約成本約20萬元。

3.2 光伏區智能驅鳥技術

徐聞鯉魚潭光伏電廠組件大面積安裝在水庫消落區，該地屬于水源充足的地段，鳥類習慣在該地活動，經常性對光伏組件造成污染，若不及時清理形成熱斑效應，對發電設備安全的威脅也越發嚴重。

中控室采用驅鳥遠程監測控制的系統，可以實現報送驅鳥信息報文，實現遠程操作等功能，系統終端為智能型驅鳥器。每年能節約成本約10萬元。

3.3 智能滅火器技術

徐聞鯉魚潭光伏電廠由一座110kV升壓站和58個光伏發電方陣組成，升壓站內和光伏區的特點就是設備多、分布廣，故而所需的滅火器和布置點也是與設備區對應的[1]。

在原來的滅火器筒上加裝YT-IFH-A1801 智能滅火器氣壓監測表，通過內嵌 NB-IoT 組網模塊，實現滅火筒、高壓氣體瓶罐等產品的內部壓力檢測上報功能，反饋滅火筒使用狀態。設備具備心跳、定時自檢、低電壓檢測上報功能，數據信息實時遠程推送上報至云平臺管理系統與消防網絡系統進行聯動，實現智慧消防的可視化、信息化監控的統一集中管理。

3.4 室內智能溫濕管控系統技術

徐聞鯉魚潭光伏電廠110kV升壓站建在水庫消落區離水庫中心地帶不足100m，該地區屬于海洋熱帶氣候常年高溫及潮濕，對電氣設備運行是不利的。

系統設定條件使輔助設備智能啟動：以中控室建立智能系統管理平臺，集中、統一管理空調等設備。主要控制技術有實現網絡集中控制系統，控制設備、組網、后臺軟件、智能化操作與設置。

3.5 智能巡視

徐聞鯉魚潭光伏電廠占地1400畝，人員少設備巡視工作大，本項目利用無人機對光伏電廠巡視，通過無人機傳輸高清畫面輸入到智能系統，對畫面中圖像進行分析光伏板是否有植物遮擋、光伏表面清潔程度等信息，系統發出指令及報警連鎖噴淋系統或者維護人員到場處理。

4 智能化管理

4.1 智能倉庫管理系統

技術的應用以完善物資管理功能，提供一整套的物資管理智能體系，方便實現對物資倉庫中貨品庫存、出入庫單據、以級分類分區等進行管理，從而能夠達到統一管理和協同工作的目的。技術的最大應用點是可通過移動App功能運程查詢倉庫物資情況及便捷的處理物資的采購計劃、入庫、庫存、出庫、盤點等各類工作，提高系統的運行效率。

建立網上虛擬倉庫與周邊同類型企業形成聯儲共享，有效節約庫存，充分利用現有發達的物流系統，物資存儲數量在網上建立虛擬倉儲，備件費用由廠商與聯儲企業共同按照需求份額出資，在需要使用時候提前一周確認使用，廠商快速發貨，待收到備件后自動結算尾款。這樣大大降低物資儲備費用，減少管理成本。

4.2 智能化診斷

每塊光伏板集成溫度監測、感光探頭、輸出電壓、電流監測等元件，通過通信網絡引入集中控制系統分析，系統根據光伏板面溫度變化結合感光探頭，分析光伏板周邊環境以及清潔程度，給無人機進行精確巡檢定位，及時處理問題。每塊光伏板集成電壓電流元件通過系統大數據分析光伏板做功情況，精確判斷故障點，及時處理問題。

4.3 智能化修復

PID現象是光伏板一直存在隱患，為了提升光伏板使用壽命采用高頻電源隔離技術，同時采用光伏板負端接地技術，電池組件負端接地提高電池發電量，減緩電池老化。利用光伏板上感光元件結合系統時鐘在夜間修復光伏板，消除白天因為負極與地之間的負偏壓所積累下來的電荷，提升光伏板發電量。電池修復完成后天亮后使用自動并網技術無縫連接并網，提升光伏發電量。

5 智能化分布

5.1 建筑結合

隨著光伏板價格逐漸下降，光伏將大范圍應用于各種場景，特別是光伏板智能化單元制，光伏板外形多樣性，未來建筑將把光伏作為建筑一部分，完美結合，光伏電站也將從荒地進入繁華都市，一個小區或一個社區就是一個發電單元，充分起到頂峰作用，白天高價售電夜間低價用電，每個小區電價盈余用于公共建設。一座城市建筑與光伏結合，這座城市將進入低碳時代。

5.2 需求功能結合

電量需求目前成為除水、糧食以外的第三大需求，在經濟生活中電的需求無處不在，我們衣食住行每一項都離不開電能支持，在國家“3060”戰略目標下，電能要趨于綠色方向發展[2]。比如：電動汽車已廣泛應用，但充電設施無法保障，特別是郊區長途駕駛無法充電，光伏就是很好補充，沿途設置光伏充電設施。

光伏特點不需要架設長途電纜，大大節約電能損耗，特別是給不發達地區發展帶來新的機遇，以前因為缺電無法實現發展建設，通過光伏應用全面得到解決。

5.3 光儲結合

光伏發電最大缺點就缺乏穩定供電，一天中早中晚發電曲線就像波浪形，大多光伏發電是并入大電網，利用火電有力調峰作用彌補波動，如果在一個區域實現自給自足供應就需要電池作為中間緩沖環節，光伏與電池組互補結合為邊遠郊區小范圍提供穩定可靠電源，同時通過無線網絡連接實現遠程診斷管理，人機結合設備可靠性也大大提高，使電能走向沒有到不了地方。

5.4 水光結合

隨著光伏電價補貼取消，光伏發電價格優勢不復存在，光伏發電缺點更為明顯，但是光伏發電可以同其他發電結合起來，來彌補光伏發電的短板[3]。水光結合就是一個最好綠色能源結合例子，利用蓄水儲能，在電網富裕期采用光伏抽水儲能，電網低谷期使用水電填谷，通過水電彌補光伏不穩定電能，提高電能品質，同樣利用枯水期進行反向蓄水儲能，提升水電彈性供電能力。

6 生態智能化

6.1 農光互補

光伏產業緊跟國家鄉村振興，鄉村振興除了離不開道路暢通，電能需求是必不可少條件，農業灌溉、大棚蔬菜、道路照明等方面光伏發電發揮不可低估作用，比如：在偏遠山村有著美麗風景，都市人群休閑度假最好去處，但是目前每個人離不開電網絡，有了光伏發電支持，在享受大自然美景同時也擁有現代生活節奏，工作生活休閑完美融合。

6.2 林光互補、漁光互補

光伏發電將對中國的西北部荒漠化治理發揮核心作用，大部分荒漠植被缺少水資源，土地在陽光下暴曬，植被很難生長，通過大面積裝設光伏實現樹木滴灌，樹木成林，林間有光伏，光伏下面雜草生長，為了防止雜草遮擋光伏板，林區養羊吃草，建立起良好發展實現可持續經濟。漁光互補同樣利用光伏供電給水產養殖提供電能。

光伏發電結合生態環境，與種植養殖相結合充分利用土地資源，實現綠色循環經濟，將戈壁變綠洲，將荒漠變綠洲，貧瘠土地變良田，可持續增長發展，通過光伏發展助力鄉村振興。

7 結束語

光伏發展過程中，從第一塊光伏板的誕生，到現如今的大規模集中式光伏電站，都走的十分艱辛。但是通過工業生產過程中不斷優化工藝流程，降低各個環節生產成本，大范圍推廣光伏應用場景，能將電能帶到更廣闊的天地，能讓人類發展不再受地域限制，讓科學探索不斷延伸到更遠的地方。