光伏電站智能化運(yùn)維技術(shù)

通訊作者：李超赟，1990年12月，女，漢族，天津人，現(xiàn)任北京京東方能源科技有限公司職員，碩士。研究方向：光伏電站智能化運(yùn)維。

摘要：光伏發(fā)電作為新型技術(shù)，在很大程度上推動(dòng)我國電力行業(yè)的發(fā)展，近年來國家加大對(duì)新能源技術(shù)的扶持力度，使得光伏電站的數(shù)量在不斷地增加。目前來看，光伏電站已經(jīng)由大規(guī)模發(fā)展轉(zhuǎn)變?yōu)榇笠?guī)模運(yùn)維，以高新技術(shù)作為支持，加強(qiáng)光伏電站智能化運(yùn)維，這對(duì)于提高光伏電站發(fā)電效率至關(guān)重要。本次總結(jié)了光伏電站智能化運(yùn)維管理的功能，強(qiáng)調(diào)智能化運(yùn)維的重要性，并且對(duì)智能化運(yùn)維的實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行簡(jiǎn)單探討。

關(guān)鍵詞：光伏電站;智能化;運(yùn)維管理

一、前言

光伏電站已經(jīng)度過前期的建設(shè)階段，逐漸投入使用，在此過程中最為關(guān)鍵的問題就在于合理選擇運(yùn)維管理模式，提高光伏電站的發(fā)電效率，充分發(fā)揮清潔能源具有的優(yōu)勢(shì)。在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)以及智能化技術(shù)的支持下，光伏電站的智能化運(yùn)維管理日漸成熟，更好地來推動(dòng)整個(gè)行業(yè)發(fā)展。

二、光伏電站智能化運(yùn)維管理

社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的背景下，對(duì)電力資源的需求度在不斷加大，而光伏發(fā)電是一種新型發(fā)電方式，屬于清潔能源，一直都是國家重點(diǎn)扶持項(xiàng)目。光伏電站建設(shè)規(guī)模不斷加大，發(fā)電技術(shù)也日益成熟，在發(fā)展過程中逐漸將重點(diǎn)放在運(yùn)維管理方面，如圖1所示，通過各項(xiàng)措施的執(zhí)行，確保發(fā)電工作可以順利進(jìn)行[1]。

相比傳統(tǒng)運(yùn)維管理手段，以網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息化技術(shù)等高新技術(shù)為支持的智能化運(yùn)維管理優(yōu)勢(shì)更為明顯，可以通過全面收集發(fā)電過程中產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)信息，通過處理分析后確認(rèn)存在的問題，以保證在第一時(shí)間采取措施處理，避免故障發(fā)生。智能化運(yùn)維管理對(duì)人力資源的需求大大減小，各項(xiàng)管理工作多是通過智能化軟件和技術(shù)，全面掌握光伏電站運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)完成故障排查與診斷，對(duì)于簡(jiǎn)單的問題可以自動(dòng)解決，大大降低了運(yùn)維成本，對(duì)企業(yè)持續(xù)發(fā)展意義重大[2]。

三、光伏電站運(yùn)維管理存在的問題

光伏電站運(yùn)維管理需要注意事項(xiàng)繁多，對(duì)管理人員的綜合能力有著較高的要求，如果任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題具有可能反映到發(fā)電效率以及安全上，因此必須在實(shí)踐中不斷地積累經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合實(shí)際情況分析可能存在的問題，積極采取措施解決處理。對(duì)以往的光伏電站運(yùn)維管理工作進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)了以下問題。

（一）資源配置不合理

人員、物資、財(cái)務(wù)等分配不合理，存在嚴(yán)重的管理不到位情況，不僅影響正常發(fā)電，還會(huì)造型資源浪費(fèi)[3]。對(duì)于運(yùn)維管理人員的培訓(xùn)力度不夠，其個(gè)人能力不足以完全勝任現(xiàn)場(chǎng)管理工作。尤其是值班人員，電力專業(yè)知識(shí)儲(chǔ)備不足，只能夠處理簡(jiǎn)單的情況，存在較大的風(fēng)險(xiǎn)。

（二）管理工作流程不標(biāo)準(zhǔn)

現(xiàn)場(chǎng)兩票（工作票、操作票）操作、巡檢等工作缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致部分行為規(guī)范性不足[4]。缺乏對(duì)運(yùn)維管理過程記錄的重視，工作監(jiān)控以及跟蹤記錄缺失，無法為后續(xù)管理工作提供數(shù)據(jù)支持。雖然現(xiàn)場(chǎng)SCADA系統(tǒng)對(duì)直流側(cè)和抵壓側(cè)監(jiān)控較多，但是高壓側(cè)監(jiān)控嚴(yán)重不足。雖然可以進(jìn)行運(yùn)行監(jiān)測(cè)，但是無法就設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析。

（三）信息利用效率低

現(xiàn)場(chǎng)各種不同信息系統(tǒng)來自不同的廠家，相互之間為孤立狀態(tài)，信息無法共享，大大降低了信息的有效率。多系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行，加大了人員管理的難度，學(xué)習(xí)成本高，實(shí)際操作更容易出現(xiàn)問題。發(fā)電企業(yè)難以獲取光伏電站的實(shí)時(shí)信息，只能夠低效、被動(dòng)的來獲取各個(gè)電站的信息，這就在很大程度上限制了管理效率的提升。

（四）問題處理過于被動(dòng)

技術(shù)人員以及專家等再遇到問題后，往往無法在第一時(shí)間分析做故障定位，更多的是被動(dòng)的等待現(xiàn)場(chǎng)申請(qǐng)?zhí)幚硪呻y問題，整體效率被大大削弱，同時(shí)也無法充分發(fā)揮出專家技術(shù)人員的作用[5]。

四、光伏電站智能化運(yùn)維管理系統(tǒng)

光伏電站具有大體量集團(tuán)化運(yùn)營以及地理位置分散等特點(diǎn)，因此在以往的運(yùn)維管理中，存在比較嚴(yán)重的信息孤島、遠(yuǎn)程監(jiān)督無法實(shí)現(xiàn)的問題，對(duì)巡檢和運(yùn)維專業(yè)人員的培養(yǎng)成本比較高，需要投入較大的人力成本。為更好地適應(yīng)光伏發(fā)電規(guī)?；l(fā)展要求，必須在原有基礎(chǔ)上對(duì)運(yùn)維管理方式作出調(diào)整，爭(zhēng)取早日實(shí)現(xiàn)集群化管理[6]。如圖2所示，以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和智能化技術(shù)為支持，建立光伏電站智能化集中化運(yùn)維系統(tǒng)，為運(yùn)維管理各項(xiàng)工作的開展提供可靠支持，提高對(duì)各類信息的利用率，進(jìn)一步降低運(yùn)維成本。

一般來講光伏電站均設(shè)置了大量的數(shù)據(jù)采集點(diǎn)，以30 MW的光伏電站為例，設(shè)置的數(shù)據(jù)采集點(diǎn)包括光伏組件信息、天氣數(shù)據(jù)、升壓站信息以及電量信息等，整體采集到的數(shù)據(jù)總量可以達(dá)到7萬余條。智能化運(yùn)維系統(tǒng)接入電站的裝機(jī)容量比較大，想要有效處理、利用收集到的數(shù)據(jù)信息，就需要由大數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、處理以及訪問框架的支持。光伏電站智能化集中運(yùn)維系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、集成、存儲(chǔ)、處理以及展示整個(gè)流程。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以通過數(shù)據(jù)集成模塊，將從光伏電站中收集到的應(yīng)用數(shù)據(jù)信息、圖片、日志、視頻等信息數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)存間通信，海量斷面數(shù)據(jù)被存入到數(shù)據(jù)庫內(nèi)，提高數(shù)據(jù)的利用率，并保證系統(tǒng)信息的實(shí)時(shí)性，為運(yùn)維管理工作的開展提供數(shù)據(jù)支持[7]。

應(yīng)用HDFS技術(shù)將文件存儲(chǔ)到內(nèi)存數(shù)據(jù)庫內(nèi)，且對(duì)數(shù)據(jù)做持久化處理，并且大數(shù)據(jù)處理框架可以完成該類文件以及集成后數(shù)據(jù)的指標(biāo)分析與統(tǒng)計(jì)運(yùn)算，處理得到的最終結(jié)果被存儲(chǔ)到NoSQL等關(guān)系數(shù)據(jù)庫內(nèi)[8]。關(guān)系數(shù)據(jù)庫內(nèi)的基本信息還會(huì)進(jìn)行關(guān)聯(lián)建立，例如光伏電站地理位置信息、運(yùn)維人員信息、隸屬關(guān)系等。

數(shù)據(jù)庫內(nèi)所存儲(chǔ)的信息種類較多，如實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、指標(biāo)分析后數(shù)據(jù)、歷史查詢數(shù)據(jù)、故障預(yù)警信息、地理位置信息以及設(shè)備監(jiān)控信息等，所有信息均可以展示在智能化運(yùn)維平臺(tái)中，為運(yùn)維管理方案的制定提供支持。

五、光伏電站智能化運(yùn)維系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

（一）光伏電站運(yùn)維系統(tǒng)數(shù)據(jù)流

運(yùn)維管理是影響光伏電站發(fā)電效率的關(guān)鍵因素，通過建立智能化集中運(yùn)維系統(tǒng)，可以對(duì)全國以及各地區(qū)的系能源遠(yuǎn)程調(diào)度與應(yīng)用項(xiàng)目進(jìn)行集中，實(shí)時(shí)掌握各項(xiàng)運(yùn)行信息，為集團(tuán)管理效率的提升保障。光伏電站智能化集中運(yùn)維系統(tǒng)，構(gòu)建時(shí)要注意設(shè)備運(yùn)行和控制能力的要求，基于SOA架構(gòu)進(jìn)行，可以有效實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營監(jiān)控與運(yùn)營分析，相比傳統(tǒng)運(yùn)維模式，對(duì)信息數(shù)據(jù)的利用率大大提高，可實(shí)現(xiàn)模型、數(shù)據(jù)、圖片維護(hù)以及信息共享等多種應(yīng)用，真正做到集中運(yùn)營。并且，以滿足客戶實(shí)際需求為目的，調(diào)整運(yùn)維管理思想意識(shí)，對(duì)各項(xiàng)管理應(yīng)用做進(jìn)一步的擴(kuò)展，爭(zhēng)取早日實(shí)現(xiàn)能源業(yè)務(wù)的精細(xì)化管理。按照業(yè)務(wù)需求，光伏電站智能化運(yùn)維管理系統(tǒng)可分為基礎(chǔ)業(yè)務(wù)、新能源監(jiān)視與控制業(yè)務(wù)、新能源支持業(yè)務(wù)等，且實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)劃分，對(duì)各子系統(tǒng)的基礎(chǔ)功能、職責(zé)以及機(jī)制進(jìn)行了明確劃分，降低了實(shí)際操作的難度。

（二）運(yùn)維指標(biāo)分析及異常預(yù)測(cè)診斷

智能化運(yùn)維管理模式的實(shí)現(xiàn)，關(guān)鍵在于對(duì)各類數(shù)據(jù)的可靠收集與分析利用，常見的如五遙數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)告警，歷史數(shù)據(jù)樣本等，通過大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)海量的光伏電站數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，尋找潛在的模態(tài)與規(guī)律，以此作為后一階段運(yùn)維方案制定的依據(jù)和支持。其中，光伏電站指標(biāo)分析與異常預(yù)測(cè)診斷的核心為統(tǒng)計(jì)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)等學(xué)科，以橫/縱向數(shù)據(jù)對(duì)比、關(guān)聯(lián)分析、機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘、模式識(shí)別、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、時(shí)間序列預(yù)測(cè)模型、遺傳算法等多種不同的方法為支持，為電站高效率運(yùn)維以及異常檢測(cè)診斷提供支持，主要涉及以下兩個(gè)方面。

1.對(duì)集團(tuán)管理、電站運(yùn)維、設(shè)備巡檢三級(jí)架構(gòu)逐級(jí)進(jìn)行KPI（Key Performance Index）展示，提高獲取數(shù)據(jù)信息的容易程度，為管理者、運(yùn)維人員以及巡檢人員高效閱讀KPI創(chuàng)造有利條件，以此來做到運(yùn)維決策果斷、完備以及巡檢操作的精細(xì)化。

2.對(duì)電站/設(shè)備的歷史、家族信息等做綜合分析，并通過集中運(yùn)維系統(tǒng)來了解掌握光伏電站/設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，再利用云平臺(tái)的數(shù)據(jù)處理能力，完成設(shè)備運(yùn)行隱患的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，及時(shí)將異常警告推送給運(yùn)維管理人員，同時(shí)系統(tǒng)根據(jù)模型可自主生成詳細(xì)的設(shè)備下一階段的運(yùn)維管理計(jì)劃。以及在確定異常情況后，可以在第一時(shí)間確定故障位置，為現(xiàn)場(chǎng)故障排除提供可靠支持，盡量縮短故障處理所需花費(fèi)的時(shí)間，減少此方面的損失。

（三）運(yùn)維管理數(shù)據(jù)有效利用

智能化運(yùn)維管理的核心在于對(duì)光伏電站各類數(shù)據(jù)信息的利用，其中智能化集中運(yùn)維系統(tǒng)的數(shù)據(jù)展現(xiàn)技術(shù)包括可視化技術(shù)、空間信息流展示技術(shù)、歷史流展示技術(shù)等。通過可視化技術(shù)的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏電站運(yùn)行工況的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并完成圖標(biāo)統(tǒng)計(jì)，以更加直觀的方式展示出光伏電站運(yùn)維系統(tǒng)復(fù)雜的數(shù)據(jù)，大大降低了運(yùn)維管理難度。以場(chǎng)站三維漫游、AR/VR可穿戴式巡檢技術(shù)、地理信息系統(tǒng)等技術(shù)相結(jié)合的空間信息流展示技術(shù)，直接將光伏電站設(shè)備以及運(yùn)維管理人員聯(lián)系在一起，更全面的掌握設(shè)備工況，第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)并解決問題，大大提高了運(yùn)維效率。另外，光伏電站運(yùn)維系統(tǒng)中，對(duì)于異常預(yù)警診斷、長(zhǎng)周期氣象預(yù)測(cè)以及負(fù)荷趨勢(shì)預(yù)測(cè)等深度預(yù)測(cè)應(yīng)用模塊一般均需要由大量的歷史數(shù)據(jù)作為支持，以歷史數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，通過可靠挖掘后，分析判斷光伏電站運(yùn)行中存在的規(guī)律性事件，然后提前采取措施預(yù)防，以免發(fā)生重大事故。

六、結(jié)束語

智能化運(yùn)維管理已經(jīng)成為推動(dòng)光伏電站持續(xù)發(fā)展的重要條件，需要確定智能化運(yùn)維的重要性以及必要性，然后在各項(xiàng)技術(shù)的支持下，建立智能化集中運(yùn)維系統(tǒng)，用以來完成數(shù)據(jù)的收集和處理分析，掌握光伏電站運(yùn)行工況的同時(shí)，可靠分析運(yùn)維指標(biāo)分析及異常預(yù)測(cè)診斷，爭(zhēng)取進(jìn)一步來提高光伏電站運(yùn)維管理效率，保證發(fā)電作業(yè)正常進(jìn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊少璞.光伏電站智能化運(yùn)維技術(shù)的分析與應(yīng)用[J].電力設(shè)備管理， 2020（06）：137-139.

[2]李陽.光伏電站的自動(dòng)化智能化運(yùn)維研究[J].自動(dòng)化應(yīng)用， 2020（05）：85-86.

[3]左世強(qiáng).光伏電站設(shè)備運(yùn)維平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].電子科技大學(xué)， 2020.

[4]董若飛.光伏電站智能化運(yùn)維探析[J].設(shè)備管理與維修， 2020（01）：37-38.

[5]張琦.光伏電站優(yōu)化運(yùn)維技術(shù)研究[J].電力設(shè)備管理， 2019（12）：93-94+113.

[6]張艷鋒，楊慧劍，楊海濤，陸學(xué)敏.光伏電站智能化精益運(yùn)檢管理淺談[J].中國設(shè)備工程， 2019（09）：33-34.

[7]張宗獻(xiàn).光伏電站智能運(yùn)維發(fā)展趨勢(shì)研究[J].低碳世界， 2019，9（01）：50-51.

[8]李樹蔚，柴群峰，黃永強(qiáng)，艾志勇.智能技術(shù)在光伏電站的應(yīng)用[J].電力勘測(cè)設(shè)計(jì)， 2018（12）：71-76.

北京京東方能源科技有限公司，北京 100176