200萬kW智能光伏電站的開發及運維管理探析

新疆粵水電能源有限公司 高 飚

某地方城市的智能光伏電站項目充分利用區域內的上千畝荒地，裝機容量達到200萬kW，項目投資大約在82億元，并配有35kV 匯集站、110kV 升壓站和220kV 升壓站，最終以220kV 電壓等級實現并網送出。同時，為迎合信息化時代發展潮流，該電站進一步融合了信息管理系統、生產管控系統，并設計成本分析功能、優化調度功能，用以提高電站的運營管理水平。本文對其開發及運維管理相關技術進行探析。

1 200萬kW 智能光伏電站產品開發

為進一步完善對電站信息的采集、管理與存儲，加快對電氣設備故障處理速度，本項目在建設過程中積極應用多樣化的智能光伏產品，從根本上提高對電站事故的反應能力，優化能源管理流程。

首先，作為重要組成部分之一，智能組串式光伏逆變器可實現對整體運行狀態的實時監控，并對設備電流電壓、輸出功率、日發電時間、二氧化碳減排量等信息能夠全面監控。如光伏逆變器需搭載監控系統，能夠實時掌握設備運營狀況、輸出功率以及輸入電壓與電流，并依靠485接口，將相關信息傳送至通訊管理機；其次，智能SVG 設備具有高性能、高可靠性的優勢，其主要采用瞬時無功理論控制等技術，在提供感性無功功率的基礎上良好實現控制模式的多樣化。在具體應用中，不僅可以動態補償諧波還可實現自動補償無功目標，為電力系統整體穩定可靠運行提供保障。在開發時，要以多片DSP 為控制核心，結合瞬時無功理論，保證快速提供容性無功功率，能夠具備恒考核點電壓、綜合補償等多種控制模式。

再次，智能巡檢無人機作為光伏電站運維管理的重要產品，需確保能全面支持光伏組件熱成像及多種功能，提供超長續航對影像進行高清實時拍攝。

最后，單晶硅疊瓦光伏組件的應用，與其他組件技術相比該產品可增加實際發電面積，優化組件結構，提高輸出功率的基礎上，一定程度上減輕內部損耗。與傳統晶硅組件技術相比能夠融合多種電池片新技術，提升轉換效率。從可靠性角度出發，其采用疊片的連接方式可以降低隱裂現象，增強對機械載荷承受能力的同時良好適應各種溫差環境，降低熱脹冷縮現象的影響，具有一定可靠性能。在本項目中采用的新型疊瓦電池組件融合了PERC 等電池片新技術，在電池片切片后，利用專用導電膠進行串接，通過疊片鏈接，保持電池間無間隙，充分利用組件受光面積，保證輸出功率最大化。

2 200萬kW 智能光伏電站運維管理技術

2.1 應用無人機技術

本項目建立位置處于偏遠地區，且裝機規模較大，具有較大運維管理難度，導致人工巡檢效果大大降低。為此，應用無人機技術可以實現對光伏電站運行情況的檢測。通過搭載紅外成像相機，可以對電站表面灰塵全面檢測。針對組織構成而言，主要包括支撐、動力以及控制模塊，具有一定應用優勢。具體操作時，通過在其系統內劃定作業區域，明確各項數據參數之后即可展開檢測工作，例如飛行起始點、障礙物、任務高度等參數。智能無人機技術具有靈活性的特點，在飛行期間可以有效躲避障礙物，實際荷載水平較低。

2.2 應用自動清洗技術

在光伏電站運轉期間，要想實現正常穩定運行，離不開光伏組件的合理運維。受光伏電站所處環境的影響，在運行期間往往會在組件表面產生污垢，積累大量灰塵導致光伏組件受到遮蓋影響，無法繼續發揮實際性能，降低光伏電站發電效率。為良好解決該問題，本項目積極應用光伏組件自動清洗技術，對光伏組件安裝清洗裝置，采用清洗機器人配合水霧噴頭的模式，提高光伏組件清洗與運維的自動化水平。在具體操作中，若是較為頑固的污垢則可利用高壓水槍的沖力，高質量完成自動清洗工作。

從光伏組件結構及材料角度出發，為全面提升整體發電效率，本項目積極選用自清潔性材料，在組件結構表面敷設超親水性材料，提高材料清潔能力。本項目位于干旱偏遠地區，在運維期間檢測人員發現光伏發電站產生大量灰塵堆積，其中鳥糞堆積現象造成局部陰影，發電效率下降到2%～10%。為防止擴大影響面積，在綜合考量污垢頑固、外部環境等因素之后，決定采用無人機清洗技術。深入調查當地氣候變化規律之后，選擇了風力較小且溫度較低的時段進行清洗作業，合理設計航線方案，有效解決光伏面板斜率較大的問題。

2.3 應用光伏組件功率預測技術

為提升光伏電站的運維效果，本項目積極應用光伏組件功率預測技術，結合具體情況合理分配系統模塊。具體包括數值天氣預報預測、數據庫以及發電功率預測等系統模塊。其中，天氣預報系統模塊主要是利用計算機科學以及氣象學等知識，采取一定范圍內的天氣情況實時預測。通過建立數學模型，實現對運維管理的有效支持[1]。對氣象信息實時采集的過程中，為充分反映光伏電站周圍一定范圍內的氣象條件，應用氣象信息采集系統，運用環境信息觀測儀器充分對電站元件進行檢測，確保沒有障礙物的基礎上實施測量工作，其中需嚴格落實測量設備要求，如表1所示。

表1 測量設備主要參數要求

預測數據庫系統模塊則是需要將光伏發電站整體數據進行綜合管理，如實時數據、歷史數據等。充分發揮數據庫技術優勢，便于查詢數據。光伏發電功率預測模塊的應用主要是以數學建模為基礎，積極應用相關的預測算法，實現對發電功率的整體估算。

2.4 應用環境監測技術

結合實際需求具體分析，由于光伏電站位于偏遠地區，在實際監測期間，采用人工管理方式無法實現對環境數據的全面收集，影響工作效果。為實現對光伏電站整體運行情況的合理調度，提高運行效率，本項目積極應用環境監測技術，以物聯網技術為核心，結合具體情況完善光伏電站環境數據實時監測系統。

全面收集運行期間的溫度以及濕度等信息，便于及時開展遠程實時監測活動。例如，光伏電站火災隱患的監控。在本項目運行期間，由于會受到多種因素的影響，火災概率較高。為強化對光伏電站環境趨勢的預測，可運用Gauss 煙流模型合理預測PM2.5趨勢，以此實現對火災隱患的實時監測[2]。在發生火災現象時，受燃燒現象的影響，在區域內PM2.5會產生異常現象，針對煙霧擴散計算公式為：Q=K×A×exp（-α×h）。

其中：Q代表煙霧流量，K代表擴散系數，A代表截面積，h代表高度，α代表與空氣混合物成分、溫度和壓力等因素有關的常數。在實際應用中，此公式描述了煙霧在空氣中的擴散過程，其中K、A和h是已知的常數，α是取決于各種因素的常數。根據煙霧濃度隨時間和空間的分布情況，可以使用這個公式來計算煙的流量。

2.5 建設集中監控中心

基于物聯網技術出發，本項目運用光伏發電站集中監控技術合理建設集中監控中心，從多方面出發實現全面監控與管理。在這一過程中，借助云端大數據、預警機制、傳感器網絡以及遠程監控等各項技術，有效提高整體監控效果。在運用監控期間，通過運用光伏電站計算機監控系統，可以對光伏電站運行情況實施診斷分析，借助互聯網平臺優勢，對各項數據信息進行處理。在此基礎上，通過將接收并處理過的信號向調度中心發送，使其在接受的基礎上順利執行所下達的命令。同時，結合實際需求，可建立跨地域數據平臺，實現運營數據的高效傳輸。

針對遠程監控中心而言，其能夠通過監控數據的變化做出相應措施，一旦數據產生異常情況則可立即對其實施處理，有效降低風險影響，實現對設備的維護以及故障快速響應。集中監控中心的建設并應用可有效滿足電力系統穩定運行的需求，通過對其進行集中監視控制，實現全網絡化的信息交換。從根本上來說，可以實現光伏電站“少人值守”甚至“無人值守”目標，良好適應企業減員增效發需求，進而為整體經濟效益提供保障。

2.6 建立光伏運維平臺

近年來，光伏電站建設數量在逐年上升，隨需求不斷增長的情況，實際運維工作難度較高，且具有一定安全隱患，在運維過程中各項隱患類事件具有不易察覺的特點，并且設備數量基數較大。本項目通過建立光伏運維平臺，積極利用相關軟件技術及云服務功能，采用GPRS 無線通信，從根本上優化功能模塊設計，實現對數據的全面解析與處理[3]。

針對光伏運維平臺總體架構而言，其主要包括應用層、傳輸層等。通過利用傳感器優勢，全面采樣各項數據，在此基礎上，對其實施有效處理并傳送至云服務器，實現數據匯總以及存儲等功能，進而對光伏發電設備進行遠程控制以及智能調度。從根本上來說，光伏運維平臺作為監控系統的重要部分，在具體應用期間，主要工作職能是定時發送查詢命令。將查詢數據進行統一存儲之后，便于管理人員進行查看，以便了解光伏電站運行情況。其中，實時通信技術作為至關重要的內容可采用Ajax 技術，充分發揮該項技術優勢，使其與服務器進行高質量通信，在有效交換數據的同時確保后續查看時的流暢性以及準確性[4]。

2.7 實施混合儲能配置策略

為增強光伏能源的利用效率，優化光伏發電站供給方式，提升光伏發電站整體運維與管理效率，本項目基于大數據、分析等技術出發，開展混合儲能優化配置策略，有效增強電網安全性能。光伏發電具有隨機性，發電期間實際出力波動性較大，會對電網造成一定影響，導致電網結構不穩定。在傳統運維技術中主要是采用限電上網等方式，減緩沖擊影響。但是該種方式具有一定缺點，會造成資源浪費的同時降低發電利用率。在此背景下，項目運用儲能系統，平穩輸出電力的同時解決光伏缺額的問題，實現能源利用最大化目標[5]。

從根本上來說，光伏發電具有間歇性特點，為實現儲能、經濟性以及穩定性的協同發展，可建立混合儲能充放電模型，采用蓄電池以飛輪為核心，從能量型以及功率型兩方面出發，實現儲能目標。在充分考慮光伏并網功率平抑性與經濟性的基礎上，可以建立混合儲能優化配置模型，以投資、運行、維護以及懲罰成本為指標。

其中，維護成本主要是指定期維修所造成的成本支出；而運行成本則是指儲能裝置在長時間持續運行中產生的損耗。在這期間，其深度放電、過度放電等行為對儲能裝置的使用壽命具有一定影響，需嚴格控制使用次數，一旦達到峰值則需對其實施更換。綜合考量方面成本支出的基礎上，可強化對充放電功率的控制，最大限度上發揮儲能電池的實際優勢，避免產生頻繁放電的現象，以此提高發電站的運行效果[6]。有鑒于此，本項目針對性地建設了混合儲能設施，取得了良好的社會與經濟效益。