光伏運維“智慧通”一體化服務鄉村振興

■國網山東高密市供電公司 田 強 賈聚光

項目背景

黨的二十大報告提出，要加快發展方式綠色轉型，實施全面節約戰略，發展綠色低碳產業，倡導綠色消費，推動形成綠色低碳的生產方式和生活方式。近年來，在“碳達峰、碳中和”新形勢下，分布式光伏新能源成為鄉村振興的重要抓手，光伏可充分利用鄉村土地、屋頂資源優勢，發展綠色新經濟，賦能鄉村經濟實力與科技水平穩步增長。隨著國家鄉村振興戰略的實施，鄉村屋頂分布式光伏產業迅猛發展，發電技術迭代更新，對電網運行的影響呈現“局部向全局發展、配網向主網延伸”的趨勢，由于缺乏智能高效運維手段，導致分布式光伏電站安全隱患凸顯、農戶收入受損，亟須解決分布式光伏電站的智能化運維問題。

智能化運維是推進鄉村經濟社會綜合發展的有效手段

當前，分布式光伏發電已經成為鄉村振興的重要推動力，據了解，在脫貧攻堅階段，我國先后下達了5批光伏扶貧專項建設規模和計劃，累計建成光伏扶貧電站2636萬kW，惠及約10萬個鄉村，415萬貧困戶，每年可穩定產生發電收益約180億元，成為廣大貧困村脫貧攻堅搬不走的“陽光銀行”和集體經濟“破零”的重要產業支撐。進入“十四五”，隨著整縣推進政策落地，分布式光伏將為鄉村帶來更多收益和就業。

智能化運維是實現光伏電站健康穩定運行的必然選擇

分布式光伏自身存在的“當地建設、當地消納、建設周期短、項目分布散”等很多特點，給運維工作帶來了諸多困難。出現運維過程不可控、運營人員不專業等情況，造成當前分布式光伏運維存在效率低、難度大、成本高三大共性行業難題，對分布式光伏運維，特別是鄉村分布式光伏運維提出了實時數據高效采集、異常狀態精準預警、智能裝備研制應用、運維資源優化整合等一系列技術挑戰，亟須在關鍵技術和示范應用方面取得整體創新與突破。

智能化運維是提升光伏電站全壽命管理的有力保障

當前光伏電站全壽命全周期安全運維引發各方高度關注，光伏電站交付完之后，須保證光伏太陽能電池板至少20年的收益，光伏電站安全運維是提高發電量的關鍵因素。分布式光伏的大量接入，極易造成發電側和用電側均出現隨機波動性，電力系統平衡調節和靈活運行面臨重大挑戰，且自然人不具備屋頂光伏項目運維資質，運維團隊的精益運維需要搭建平臺進行智能化管控，分布式光伏的安全運維需求日益迫切。

項目思路

面對鄉村分布式光伏運維難題，國網高密市供電公司秉持社會責任理念，主動運用利益相關方合作理念，將AI等新技術與光伏運維深度融合，創新開發線上線下光伏運維“智慧通”一體化云平臺，服務于客戶、電網和政府等多元主體，實現光伏安全運行、無感式運維、源網友好互動和增值收益，助力“碳達峰、碳中和”，服務鄉村振興。本項目融合采用現代通信、監測、大數據分析、故障預測等技術，創新性提出基于深度學習算法的分布式光伏發電智慧化運維理論模型，并利用粒子群優化算法獲得最經濟派工路徑與時間計劃，建設形成實時共享的分布式光伏智慧運維系統，全面解決鄉村分布式光伏電站安全隱患多、設備故障多、發電損失多的“三多”問題、電網清潔能源消納問題和政府規劃數據問題，有效提高電站健康運行水平、有力促進新能源消納、全面健全整縣光伏規劃數據收集，真正實現鄉村、電網、政府一體化協同合作機制。

用社會責任理念查問題之源，明確合作之因。將社會責任理念根植于鄉村振興示范工作中，深入分析利益相關三方所面臨焦點問題。調研安裝分布式光伏鄉村532個，明確“三多”問題之因；全面排查406個光伏超容臺區，明確電網消納之困；常態溝通政府審批部門，明確光伏規劃之計。

用社會責任方法剖問題之因，明確合作之基。以利益相關方合作為出發點，堅持問題導向、目標導向、服務導向，從光伏運維事件對三方造成的影響入手，以各利益相關方訴求為切入點，深刻剖析原因，全面構建鄉村分布式光伏一體化智能化運維管理模式，鑄牢三方合作基礎。

用社會責任工具謀發展之策，明確合作之法。從社會責任根植工作中實現利益相關方合作共贏的角度出發，充分發揮政府主導審批、電網中樞消納和鄉村建設運行等服務資源，建立“線上+線下”利益相關三方的互動服務模式，實現鄉村光伏運維理念、技術、模式創新，催生鄉村光伏產業發展新業態。

創新舉措

將利益相關方合作理念植入鄉村分布式光伏智能化運維落地、建設的全過程，推動光伏運維“智慧通”平臺實現對發電站實時群測群控，對無人機、清潔機器人等自動化管理，實現無線大規模組網控制和自動派單，充分體現電網樞紐作用，為客戶提供全流程一站式光伏智能運維服務，涵蓋發電收益分析、故障告警研判、異常精準定位、火災分級預警、組件健康評估等；為電網提供全景式數據服務，涵蓋消納、調度、規劃信息；為政府提供分布式光伏開發現狀、裝機容量、潛力挖掘等數據支撐，服務整縣（市、區）分布式光伏開發試點，推進分布式光伏與電網的協調發展，全力構建客戶、電網、政府等多方共贏的服務鄉村振興的分布式光伏產業生態圈。

利益相關一條心，服務基礎從“實”出發

2020年8月，光伏運維“智慧通”一體化服務鄉村振興項目啟動，利用4個月時間開展市場調研，鄉村光伏客戶開放逆變器等設備資源、電網明晰近3年消納情況、政府明確規劃數據關切方向，推動利益三方深入參與，完成平臺技術攻關。

在現場調研過程中，創新采用了基于遙感技術的建筑物頂面識別方法及系統，對532個目標區域的建筑物頂面進行識別，進行遙感影像數據的獲取和處理、通過屋頂分類標簽標記屋頂信息和對屋頂形狀和輪廓識別，所有屋頂光伏安裝面積的計算結果、各類屋頂總面積的計算結果及目標區域中各類屋頂面積占區域中所有屋頂總面積的比例均可進行直觀顯示并分類，快速識別農村屋頂、計算屋頂面積，分布式光伏屋頂面積計算準確率達到95%以上，有效支撐了調研工作的開展。

在平臺開發過程中，以構建“狀態全息感知、故障精準診斷、設備智能巡檢、運維優化決策、效果實時評估”的監測運維體系為目標，完成對電站發電收益分析、故障告警研判、組件缺陷診斷、異常預警定位、火災分級預警、組件健康評估、現場智能巡檢、運維效果評估、設備狀態診斷、電站功率預測、惡劣天氣應急運維、運維服務閉環管理、運維資源優化等分布式光伏智慧運維的全流程一站式開發測試，2021年4月完成智慧運維系統全部功能開發應用，分步接入356個鄉村分布式光伏客戶。通過數據分析、環境監測、視頻監控、現場溝通座談和開展調查問卷等形式，全面深入了解鄉村、電網、政府等主體的專業服務需求，針對性制定差異化的服務清單，開展更加全面、簡潔、智能、高效的運維服務。

智慧運維一體化，責任理念以“新”為本

隨著國家鄉村振興戰略的全面推進、深入落實與新型電力系統的構建，有力提升了鄉村、電網、政府三方在光伏運維市場的合作基礎，深切改變了三方合作方式，要求更加智能化、友好化、互動化。為此，國網高密市供電公司通過技術、模型創新和智慧運維機制構建，實現對光伏運維業務管理技術水平智能化提升，進一步創新利益三方的參與方式、合作機制。

在電網與鄉村之間，探索客戶參與運維的新模式，通過客戶側App、運維人員App、系統平臺建立多角色人員間的互動交互能力，讓客戶參與運維的發起、過程監控、評價等環節，客戶通過App可以實時掌握用能設備運行狀態和維修提醒等信息，根據故障研判的結果結合客戶交互數據分析，生成運維工單，對工單涉及的搶修流程、巡視流程、消缺流程進行全過程監管，讓客戶與電網之間均能夠全面掌握光伏運維進程，促進工作效率顯著提升。

在政府與電網之間，基于光伏潛力數據庫，獲取真實的農村建筑屋頂可用面積，完成整縣光伏利用潛力地圖繪制模塊的建設，采用深度學習算法識別農村可用于接受太陽輻射的屋面，將原始衛星圖像和相應的地面實況作為標簽，利用圖像語義來自動識別和分隔可用的建筑屋頂區域，從而計算屋面可利用面積，結合農村街區屋面光伏預測模型，獲取農村光伏利用潛力的空間位置及量化數據，繪制整縣光伏利用潛力地圖，有效支撐分布式光伏裝機數據，電網通過按期向社會公布消納地圖，推進政府進一步明晰分布式光伏備案審批流程，推進實現鄉村光伏科學有序并網。

在政府與鄉村之間，通過對光伏電站建設、并網、運行、結算、運維信息采集監測，為政府主管部門、電站業主提供運營分析決策依據，同時通過電站環境及視頻監控系統、無人機巡檢等手段，實現對電站及設備運行狀況信息采集分析。推動鄉村客戶對分布式光伏電站實現全程可視、電網實現對光伏的可觀可測可視可控、政府實現對光伏數據的全面掌握，最終形成三方共建的“一體化”工作體系。

多方聯動一盤棋，服務模式互“融”共進

圍繞鄉村、電網、政府三方“互需協同、資源共享”的思路，在2022年年底前完成600個鄉村分布式光伏客戶接入“智慧通”平臺。在實現分析分布式光伏全壽命周期內最優清洗周期模型和云邊協同、多元數據融合智能故障診斷2大技術創新的基礎上，推行4項新型業務創新：（1）實現“菜單式”服務，通過政府推動，全面引導分布式光伏客戶接入平臺，獲取大量分布式光伏數據，運用“大數據”為鄉村光伏客戶提供能效分析賬單，實現客戶效益最大化。（2）實現“無感式”服務，通過技術創新，推進平臺智能化篩選需要現場運維檢修與預防性維護的光伏電站，自動化派單，縮短服務流程，提升運維實效、增強客戶體驗。（3）實現“增值式”服務，通過三方促進合作，開展聚合交易代理、碳市場策略咨詢和撮合服務等新型業務，建立多方參與的分布式光伏市場化配套運營機制，提高分布式客戶收益。（4）實現“聚合式”服務，平臺統一管理已接入的分布式項目，聚合分布式電源，通過智慧能源網關、HPLC通信模塊實現可知可控，為系統提供調節支撐能力。

通過以上4大服務模式，實現政府主導、電網牽頭、鄉村跟進的“一盤棋”合作機制，推進以上三方社會責任主體相關業務的深度融合，利用智慧運維和交易輔助等功能，進一步提升鄉村分布式光伏電站收益水平，實現多方共贏。

光伏智能化運維業務管理模式

預期成效

有效降低成本，助力鄉村振興。光伏運維“智慧通”平臺實現免費接入，菜單式運維，開展主動服務，通過智能化服務為客戶提供能效賬單，通過構建分布式光伏智慧運維模式，從根本上解決運維鏈條長、成本高、成效差、效率低等問題，與當前運維平均價格0.07元/W相比，該模式可將成本壓降42.9%，顯著提升發電收益。

實現全景監測，促進能源轉型。通過構建分布式光伏智慧運維模式，實現發電功率精準預測，實現高比例分布式光伏接入后電網風險實時告警和提前預警，有效減少電網安全穩定運行威脅。實現對鄉村分布式光伏裝機容量、發電功率、運行效率、氣象信息、項目收益等數據整合利用，滿足人們打通數據壁壘、全面實時監控需求，有力推動清潔能源消納。

共建共享共贏，提升社會價值。通過構建分布式光伏智慧運維模式，實現鄉村分布式光伏產業的共建共享共贏，實現對裝機容量、運行效率、項目收益等數據整合利用，實現對電網側監控、政府側規劃、客戶側收益的有力支撐，打造了清潔能源產業生態圈，受到社會各界的廣泛贊譽。