光伏电站集中远程监控智能运维平台的建设与产业化分析

■ 宋星 王凯丰 丁亚鹏 谢丽蓉*

（1.若羌海新能源有限公司；2.新疆大学电气工程学院）

0 引言

自光伏发电行业迅速兴起之时，我国便发布了一系列对光伏发电行业有利的政策和措施。“十二五”期间，我国光伏产业迅速发展，一跃成为全球第一光伏大国。但由于大型光伏电站多建于交通极为不便的偏僻地区，建设的电厂数量众多、厂址十分分散、管理信息化程度较低、发电功率预测精度差，以及由于风沙大及冬季严寒低温导致光伏电站运行效率偏低，并且无先进智能的故障诊断和健康状态预警系统，导致光电设备检修维护计划安排的不甚合理[1-2]。针对目前光伏电站各个设备控制策略相互独立、不协调导致接入电网后存在安全性、稳定性与经济性差的问题，本文讨论了光伏电站集中远程监控智能运维新模式的实现方式，实现了光伏电站远程运行监控、综合数据分析和统一运维管理等目标，改变了传统光伏电站分散式的运维管理模式，使光伏电站的资源能充分运用，更加有效地提高了光伏电站的安全运行管理水平。

1 传统运维模式

目前我国大多数光伏电站都拥有自己的监控系统，但这种监控系统仅能将收集到的数据进行粗略统计，并以报表的形式保存起来，此方式只能保证站内基本的运维管理。虽然现阶段大部分电力公司总部已通过建设电站数据采集通道，将站内数据汇总，并传输至总公司，但由于电力公司总部缺乏有力的监管技术手段，仅能通过报表、电话等方式沟通了解运行情况。传统运维模式如图 1所示[3]。

传统运维模式的主要运行现状如下：

1)电站规模大、分布广，数据不能实时上报，光伏电站运营者无法实现实时监控和及时准确地评估收益。

图1 传统运维模式图

2)维修、巡检技能要求高，但现场人员技能不足，无远程支持。

3)通信网络建设与维护有局限。埋地或架空光纤的施工部署周期长，故障排查、维护困难，扩展灵活性差。设备节点多，故障点由此增加；光纤环网中同时有2个故障点时，它们之间所有的监控网络易瘫痪。

4)只进行简单监控，无智能分析，被动式运维效率低下。

5)监控数据少，精度低，不可靠。

2 现代智能运维模式

与传统运维模式不同，光伏电站的智能运维可以实现4大作用：远程集控智能运维管理、对电站的远程监测和控制、发电功率预测服务、电站资产及经济效益的评估[4]。

光伏电站集中远程监控智能运维系统通过现场的光伏电站控制系统接口获取每台光伏发电设备的实时生产数据，并进行汇总、分析、控制、维护。系统功能主要包括电站运行、预测、控制、维修数据、经营报表、发电设备运行指标、发电设备各类故障报警信息、历次维修记录数据，可实现子站数据接入、远程监控、数据汇总与分析维护的目标，形成一个易于使用、维护简便的高性价比的集中远程监控智能运维系统，其运维模式如图2所示。

2.1 智能运维模式的建设

智能光伏电站主要设备及配套设施智能监控运维模式的建设是将光伏电站的主要设备——光伏阵列、逆变器、升压变与配套设备及清扫机器人有机结合，采用自动检测技术(如辐射强度检测、电网电压频率检测、光伏组件清洁度检测、设备疲劳损伤度检测等)与自动控制技术(如最大功率点跟踪、逆变器有功无功智能优化控制策略、变压器分接头与SVG协调调压策略、依据风沙和低温环境进行机器人智能清扫策略、检修维护计划与实施协调适应动态调整等)的智能运维模式，实现了从光伏阵列到光伏逆变器，再到电能输出，最后到升压并网全过程的高效运行与智能控制。光伏组件清扫机器人清洗控制框图如图3所示。

图2 智能运维模式图

图3 光伏组件清扫机器人清洗控制框图

图4为光伏并网逆变器动态无功补偿控制方法框图。图中，Un为电网额定电压有效值；U为电网当前电压有效值；Uhi为上一采样时刻的电网电压有效值；Ts为采样周期；λ为功率因素。

图4 光伏并网逆变器动态无功补偿控制方法框图

2.2 单电站信息集成

单个光伏电站就地监控智能运维信息系统的研发与集成是将光伏阵列、支架、逆变器、升压变与清扫机器人等所有设备的状态和设备参数、运行数据、检测数据、控制数据、维护检修数据、电能质量要求数据、单个光伏电站分析数据、电网调度控制指令数据等关键数据集成至能量管理系统，可提升电能生产协同水平。在光伏电站所有设备智能、安全、稳定运行的基础上完成数据采集系统、光照自动监测系统、电能在线检测系统、设备运行状态和健康状态集中监控系统、电能质量验证系统的研发，并实现与预测系统、故障诊断系统、检修维护系统、质量管理系统的集成，实现从光伏设备检修运行管理到电能质量监控的全过程信息化管理。

2.3 多电站平台集成

多个光伏电站集中远程监控智能运维平台的集成是以建立远程监控运维数字化集成平台为目标，以单个光伏电站就地监控智能运维信息系统纵向集成为主线，建立统一的多个光伏电站远程监控智能运维数字化集成接口总线，将各种相关软件通过接口总线和统一通信的方式整合到同一个数据平台，有统一的数据采集、数据传输、数据分发、数据存储和数据分析平台，无需各个软件平台系统独立建设，可提升光伏电站数据分析与应用能力，实现多个光伏电站整体运行优化并网。通过电能生产管理系统、采集(感知)系统、智能控制系统、异常报警系统、可视化系统、云平台系统、大数据分析及决策系统、移动办公系统，以及与电网EMS能量管理链接系统，使设备的检修维护、运行状态决策、计划调度、运行模式选择、发电离散型控制实现多个光伏电站远程监控智能运维数字化集成。光伏设备远程监控智能运维系统集控中心的总体方案全景图如图5所示。

图5 光伏设备远程监控智能运维系统集控中心的总体方案全景图

如今，全球已进入大数据时代，“互联网+”的概念悄然兴起。今后，基于大数据时代和“互联网+”技术的智能运维系统将会不断提出新的理念，在数据的分析和预测方面将会变得更加智能、快捷、精确[5]。

3 智能运维模式的前景分析

在光伏产业越来越繁荣的情况下，光伏电站的运维也变得越来越重要。从光伏产业发展情况来看，我国光伏电站的运维模式不断更新发展，运维效率低下、运维成本高居不下的问题正在不断得到缓解。光伏产业进入繁荣发展时期的同时，许多问题也随之而来，比如，电站发电量预测不准确、故障检测效率极其低下、大量电站运营数据未被充分使用，造成大量浪费。

由此，智能运维系统应运而生。它将电站实时数据通过站级监控系统传至智能运维云中心，通过云中心的故障预检测和故障定位功能，将故障信息通过APP软件传输给所在区域的故障检修人员。于是故障检修人员可通过报警定位信息迅速找到故障点，并进行故障排查和维修。因此，大数据信息让运维人员更便于维护。

综上所述，智能运维系统所做的不仅仅是电站运维，还可以做到对电站的远程监控和故障预测，以及降低电站所需的运维成本，使经济效益得到进一步提升。可以预见，智能运维系统在资源充分利用、系统经济运行、提高运行自动化程度、数据共享、系统联动等方面是十分必要的，与市场的需求相一致。该技术将在光伏电站中得到广泛应用，迅速占领市场，同时会取得较好的经济效益与社会效益[6]。

4 总结

本文提出了智能运维系统的概念，比较了传统运维与智能运维的利弊，剖析了运维的本质是降低成本和提升经济效益，详细介绍了智能运维系统及其优越性。智能运维利用现代科技，不仅为电站的稳定和安全运行提供了保障，同时也使运维更加便捷。当接到上级单位的要求时，接入电网的所有光伏电站能够对电力调度控制命令作出快速、准确的反应，并维持电网稳定、电能质量，提高光伏电站运行自动化程度和实现“无人值守或少人值守”，确保光伏电站设备安全运行，降低人为误操作损坏设备的几率；在降低光伏电站的运维成本，增加经济效益的同时，减少了运维人员及其工作量，降低了工作强度，使得运维人员可以更加快速便捷的对电站进行故障的检修，为以后的光伏电站运维提供了很好的技术参考。