光伏运维“智慧通”一体化服务乡村振兴

■国网山东高密市供电公司 田 强 贾聚光

项目背景

党的二十大报告提出，要加快发展方式绿色转型，实施全面节约战略，发展绿色低碳产业，倡导绿色消费，推动形成绿色低碳的生产方式和生活方式。近年来，在“碳达峰、碳中和”新形势下，分布式光伏新能源成为乡村振兴的重要抓手，光伏可充分利用乡村土地、屋顶资源优势，发展绿色新经济，赋能乡村经济实力与科技水平稳步增长。随着国家乡村振兴战略的实施，乡村屋顶分布式光伏产业迅猛发展，发电技术迭代更新，对电网运行的影响呈现“局部向全局发展、配网向主网延伸”的趋势，由于缺乏智能高效运维手段，导致分布式光伏电站安全隐患凸显、农户收入受损，亟须解决分布式光伏电站的智能化运维问题。

智能化运维是推进乡村经济社会综合发展的有效手段

当前，分布式光伏发电已经成为乡村振兴的重要推动力，据了解，在脱贫攻坚阶段，我国先后下达了5批光伏扶贫专项建设规模和计划，累计建成光伏扶贫电站2636万kW，惠及约10万个乡村，415万贫困户，每年可稳定产生发电收益约180亿元，成为广大贫困村脱贫攻坚搬不走的“阳光银行”和集体经济“破零”的重要产业支撑。进入“十四五”，随着整县推进政策落地，分布式光伏将为乡村带来更多收益和就业。

智能化运维是实现光伏电站健康稳定运行的必然选择

分布式光伏自身存在的“当地建设、当地消纳、建设周期短、项目分布散”等很多特点，给运维工作带来了诸多困难。出现运维过程不可控、运营人员不专业等情况，造成当前分布式光伏运维存在效率低、难度大、成本高三大共性行业难题，对分布式光伏运维，特别是乡村分布式光伏运维提出了实时数据高效采集、异常状态精准预警、智能装备研制应用、运维资源优化整合等一系列技术挑战，亟须在关键技术和示范应用方面取得整体创新与突破。

智能化运维是提升光伏电站全寿命管理的有力保障

当前光伏电站全寿命全周期安全运维引发各方高度关注，光伏电站交付完之后，须保证光伏太阳能电池板至少20年的收益，光伏电站安全运维是提高发电量的关键因素。分布式光伏的大量接入，极易造成发电侧和用电侧均出现随机波动性，电力系统平衡调节和灵活运行面临重大挑战，且自然人不具备屋顶光伏项目运维资质，运维团队的精益运维需要搭建平台进行智能化管控，分布式光伏的安全运维需求日益迫切。

项目思路

面对乡村分布式光伏运维难题，国网高密市供电公司秉持社会责任理念，主动运用利益相关方合作理念，将AI等新技术与光伏运维深度融合，创新开发线上线下光伏运维“智慧通”一体化云平台，服务于客户、电网和政府等多元主体，实现光伏安全运行、无感式运维、源网友好互动和增值收益，助力“碳达峰、碳中和”，服务乡村振兴。本项目融合采用现代通信、监测、大数据分析、故障预测等技术，创新性提出基于深度学习算法的分布式光伏发电智慧化运维理论模型，并利用粒子群优化算法获得最经济派工路径与时间计划，建设形成实时共享的分布式光伏智慧运维系统，全面解决乡村分布式光伏电站安全隐患多、设备故障多、发电损失多的“三多”问题、电网清洁能源消纳问题和政府规划数据问题，有效提高电站健康运行水平、有力促进新能源消纳、全面健全整县光伏规划数据收集，真正实现乡村、电网、政府一体化协同合作机制。

用社会责任理念查问题之源，明确合作之因。将社会责任理念根植于乡村振兴示范工作中，深入分析利益相关三方所面临焦点问题。调研安装分布式光伏乡村532个，明确“三多”问题之因；全面排查406个光伏超容台区，明确电网消纳之困；常态沟通政府审批部门，明确光伏规划之计。

用社会责任方法剖问题之因，明确合作之基。以利益相关方合作为出发点，坚持问题导向、目标导向、服务导向，从光伏运维事件对三方造成的影响入手，以各利益相关方诉求为切入点，深刻剖析原因，全面构建乡村分布式光伏一体化智能化运维管理模式，铸牢三方合作基础。

用社会责任工具谋发展之策，明确合作之法。从社会责任根植工作中实现利益相关方合作共赢的角度出发，充分发挥政府主导审批、电网中枢消纳和乡村建设运行等服务资源，建立“线上+线下”利益相关三方的互动服务模式，实现乡村光伏运维理念、技术、模式创新，催生乡村光伏产业发展新业态。

创新举措

将利益相关方合作理念植入乡村分布式光伏智能化运维落地、建设的全过程，推动光伏运维“智慧通”平台实现对发电站实时群测群控，对无人机、清洁机器人等自动化管理，实现无线大规模组网控制和自动派单，充分体现电网枢纽作用，为客户提供全流程一站式光伏智能运维服务，涵盖发电收益分析、故障告警研判、异常精准定位、火灾分级预警、组件健康评估等；为电网提供全景式数据服务，涵盖消纳、调度、规划信息；为政府提供分布式光伏开发现状、装机容量、潜力挖掘等数据支撑，服务整县（市、区）分布式光伏开发试点，推进分布式光伏与电网的协调发展，全力构建客户、电网、政府等多方共赢的服务乡村振兴的分布式光伏产业生态圈。

利益相关一条心，服务基础从“实”出发

2020年8月，光伏运维“智慧通”一体化服务乡村振兴项目启动，利用4个月时间开展市场调研，乡村光伏客户开放逆变器等设备资源、电网明晰近3年消纳情况、政府明确规划数据关切方向，推动利益三方深入参与，完成平台技术攻关。

在现场调研过程中，创新采用了基于遥感技术的建筑物顶面识别方法及系统，对532个目标区域的建筑物顶面进行识别，进行遥感影像数据的获取和处理、通过屋顶分类标签标记屋顶信息和对屋顶形状和轮廓识别，所有屋顶光伏安装面积的计算结果、各类屋顶总面积的计算结果及目标区域中各类屋顶面积占区域中所有屋顶总面积的比例均可进行直观显示并分类，快速识别农村屋顶、计算屋顶面积，分布式光伏屋顶面积计算准确率达到95%以上，有效支撑了调研工作的开展。

在平台开发过程中，以构建“状态全息感知、故障精准诊断、设备智能巡检、运维优化决策、效果实时评估”的监测运维体系为目标，完成对电站发电收益分析、故障告警研判、组件缺陷诊断、异常预警定位、火灾分级预警、组件健康评估、现场智能巡检、运维效果评估、设备状态诊断、电站功率预测、恶劣天气应急运维、运维服务闭环管理、运维资源优化等分布式光伏智慧运维的全流程一站式开发测试，2021年4月完成智慧运维系统全部功能开发应用，分步接入356个乡村分布式光伏客户。通过数据分析、环境监测、视频监控、现场沟通座谈和开展调查问卷等形式，全面深入了解乡村、电网、政府等主体的专业服务需求，针对性制定差异化的服务清单，开展更加全面、简洁、智能、高效的运维服务。

智慧运维一体化，责任理念以“新”为本

随着国家乡村振兴战略的全面推进、深入落实与新型电力系统的构建，有力提升了乡村、电网、政府三方在光伏运维市场的合作基础，深切改变了三方合作方式，要求更加智能化、友好化、互动化。为此，国网高密市供电公司通过技术、模型创新和智慧运维机制构建，实现对光伏运维业务管理技术水平智能化提升，进一步创新利益三方的参与方式、合作机制。

在电网与乡村之间，探索客户参与运维的新模式，通过客户侧App、运维人员App、系统平台建立多角色人员间的互动交互能力，让客户参与运维的发起、过程监控、评价等环节，客户通过App可以实时掌握用能设备运行状态和维修提醒等信息，根据故障研判的结果结合客户交互数据分析，生成运维工单，对工单涉及的抢修流程、巡视流程、消缺流程进行全过程监管，让客户与电网之间均能够全面掌握光伏运维进程，促进工作效率显著提升。

在政府与电网之间，基于光伏潜力数据库，获取真实的农村建筑屋顶可用面积，完成整县光伏利用潜力地图绘制模块的建设，采用深度学习算法识别农村可用于接受太阳辐射的屋面，将原始卫星图像和相应的地面实况作为标签，利用图像语义来自动识别和分隔可用的建筑屋顶区域，从而计算屋面可利用面积，结合农村街区屋面光伏预测模型，获取农村光伏利用潜力的空间位置及量化数据，绘制整县光伏利用潜力地图，有效支撑分布式光伏装机数据，电网通过按期向社会公布消纳地图，推进政府进一步明晰分布式光伏备案审批流程，推进实现乡村光伏科学有序并网。

在政府与乡村之间，通过对光伏电站建设、并网、运行、结算、运维信息采集监测，为政府主管部门、电站业主提供运营分析决策依据，同时通过电站环境及视频监控系统、无人机巡检等手段，实现对电站及设备运行状况信息采集分析。推动乡村客户对分布式光伏电站实现全程可视、电网实现对光伏的可观可测可视可控、政府实现对光伏数据的全面掌握，最终形成三方共建的“一体化”工作体系。

多方联动一盘棋，服务模式互“融”共进

围绕乡村、电网、政府三方“互需协同、资源共享”的思路，在2022年年底前完成600个乡村分布式光伏客户接入“智慧通”平台。在实现分析分布式光伏全寿命周期内最优清洗周期模型和云边协同、多元数据融合智能故障诊断2大技术创新的基础上，推行4项新型业务创新：（1）实现“菜单式”服务，通过政府推动，全面引导分布式光伏客户接入平台，获取大量分布式光伏数据，运用“大数据”为乡村光伏客户提供能效分析账单，实现客户效益最大化。（2）实现“无感式”服务，通过技术创新，推进平台智能化筛选需要现场运维检修与预防性维护的光伏电站，自动化派单，缩短服务流程，提升运维实效、增强客户体验。（3）实现“增值式”服务，通过三方促进合作，开展聚合交易代理、碳市场策略咨询和撮合服务等新型业务，建立多方参与的分布式光伏市场化配套运营机制，提高分布式客户收益。（4）实现“聚合式”服务，平台统一管理已接入的分布式项目，聚合分布式电源，通过智慧能源网关、HPLC通信模块实现可知可控，为系统提供调节支撑能力。

通过以上4大服务模式，实现政府主导、电网牵头、乡村跟进的“一盘棋”合作机制，推进以上三方社会责任主体相关业务的深度融合，利用智慧运维和交易辅助等功能，进一步提升乡村分布式光伏电站收益水平，实现多方共赢。

光伏智能化运维业务管理模式

预期成效

有效降低成本，助力乡村振兴。光伏运维“智慧通”平台实现免费接入，菜单式运维，开展主动服务，通过智能化服务为客户提供能效账单，通过构建分布式光伏智慧运维模式，从根本上解决运维链条长、成本高、成效差、效率低等问题，与当前运维平均价格0.07元/W相比，该模式可将成本压降42.9%，显著提升发电收益。

实现全景监测，促进能源转型。通过构建分布式光伏智慧运维模式，实现发电功率精准预测，实现高比例分布式光伏接入后电网风险实时告警和提前预警，有效减少电网安全稳定运行威胁。实现对乡村分布式光伏装机容量、发电功率、运行效率、气象信息、项目收益等数据整合利用，满足人们打通数据壁垒、全面实时监控需求，有力推动清洁能源消纳。

共建共享共赢，提升社会价值。通过构建分布式光伏智慧运维模式，实现乡村分布式光伏产业的共建共享共赢，实现对装机容量、运行效率、项目收益等数据整合利用，实现对电网侧监控、政府侧规划、客户侧收益的有力支撑，打造了清洁能源产业生态圈，受到社会各界的广泛赞誉。