200万kW智能光伏电站的开发及运维管理探析

新疆粤水电能源有限公司 高 飚

某地方城市的智能光伏电站项目充分利用区域内的上千亩荒地，装机容量达到200万kW，项目投资大约在82亿元，并配有35kV 汇集站、110kV 升压站和220kV 升压站，最终以220kV 电压等级实现并网送出。同时，为迎合信息化时代发展潮流，该电站进一步融合了信息管理系统、生产管控系统，并设计成本分析功能、优化调度功能，用以提高电站的运营管理水平。本文对其开发及运维管理相关技术进行探析。

1 200万kW 智能光伏电站产品开发

为进一步完善对电站信息的采集、管理与存储，加快对电气设备故障处理速度，本项目在建设过程中积极应用多样化的智能光伏产品，从根本上提高对电站事故的反应能力，优化能源管理流程。

首先，作为重要组成部分之一，智能组串式光伏逆变器可实现对整体运行状态的实时监控，并对设备电流电压、输出功率、日发电时间、二氧化碳减排量等信息能够全面监控。如光伏逆变器需搭载监控系统，能够实时掌握设备运营状况、输出功率以及输入电压与电流，并依靠485接口，将相关信息传送至通讯管理机；其次，智能SVG 设备具有高性能、高可靠性的优势，其主要采用瞬时无功理论控制等技术，在提供感性无功功率的基础上良好实现控制模式的多样化。在具体应用中，不仅可以动态补偿谐波还可实现自动补偿无功目标，为电力系统整体稳定可靠运行提供保障。在开发时，要以多片DSP 为控制核心，结合瞬时无功理论，保证快速提供容性无功功率，能够具备恒考核点电压、综合补偿等多种控制模式。

再次，智能巡检无人机作为光伏电站运维管理的重要产品，需确保能全面支持光伏组件热成像及多种功能，提供超长续航对影像进行高清实时拍摄。

最后，单晶硅叠瓦光伏组件的应用，与其他组件技术相比该产品可增加实际发电面积，优化组件结构，提高输出功率的基础上，一定程度上减轻内部损耗。与传统晶硅组件技术相比能够融合多种电池片新技术，提升转换效率。从可靠性角度出发，其采用叠片的连接方式可以降低隐裂现象，增强对机械载荷承受能力的同时良好适应各种温差环境，降低热胀冷缩现象的影响，具有一定可靠性能。在本项目中采用的新型叠瓦电池组件融合了PERC 等电池片新技术，在电池片切片后，利用专用导电胶进行串接，通过叠片链接，保持电池间无间隙，充分利用组件受光面积，保证输出功率最大化。

2 200万kW 智能光伏电站运维管理技术

2.1 应用无人机技术

本项目建立位置处于偏远地区，且装机规模较大，具有较大运维管理难度，导致人工巡检效果大大降低。为此，应用无人机技术可以实现对光伏电站运行情况的检测。通过搭载红外成像相机，可以对电站表面灰尘全面检测。针对组织构成而言，主要包括支撑、动力以及控制模块，具有一定应用优势。具体操作时，通过在其系统内划定作业区域，明确各项数据参数之后即可展开检测工作，例如飞行起始点、障碍物、任务高度等参数。智能无人机技术具有灵活性的特点，在飞行期间可以有效躲避障碍物，实际荷载水平较低。

2.2 应用自动清洗技术

在光伏电站运转期间，要想实现正常稳定运行，离不开光伏组件的合理运维。受光伏电站所处环境的影响，在运行期间往往会在组件表面产生污垢，积累大量灰尘导致光伏组件受到遮盖影响，无法继续发挥实际性能，降低光伏电站发电效率。为良好解决该问题，本项目积极应用光伏组件自动清洗技术，对光伏组件安装清洗装置，采用清洗机器人配合水雾喷头的模式，提高光伏组件清洗与运维的自动化水平。在具体操作中，若是较为顽固的污垢则可利用高压水枪的冲力，高质量完成自动清洗工作。

从光伏组件结构及材料角度出发，为全面提升整体发电效率，本项目积极选用自清洁性材料，在组件结构表面敷设超亲水性材料，提高材料清洁能力。本项目位于干旱偏远地区，在运维期间检测人员发现光伏发电站产生大量灰尘堆积，其中鸟粪堆积现象造成局部阴影，发电效率下降到2%～10%。为防止扩大影响面积，在综合考量污垢顽固、外部环境等因素之后，决定采用无人机清洗技术。深入调查当地气候变化规律之后，选择了风力较小且温度较低的时段进行清洗作业，合理设计航线方案，有效解决光伏面板斜率较大的问题。

2.3 应用光伏组件功率预测技术

为提升光伏电站的运维效果，本项目积极应用光伏组件功率预测技术，结合具体情况合理分配系统模块。具体包括数值天气预报预测、数据库以及发电功率预测等系统模块。其中，天气预报系统模块主要是利用计算机科学以及气象学等知识，采取一定范围内的天气情况实时预测。通过建立数学模型，实现对运维管理的有效支持[1]。对气象信息实时采集的过程中，为充分反映光伏电站周围一定范围内的气象条件，应用气象信息采集系统，运用环境信息观测仪器充分对电站元件进行检测，确保没有障碍物的基础上实施测量工作，其中需严格落实测量设备要求，如表1所示。

表1 测量设备主要参数要求

预测数据库系统模块则是需要将光伏发电站整体数据进行综合管理，如实时数据、历史数据等。充分发挥数据库技术优势，便于查询数据。光伏发电功率预测模块的应用主要是以数学建模为基础，积极应用相关的预测算法，实现对发电功率的整体估算。

2.4 应用环境监测技术

结合实际需求具体分析，由于光伏电站位于偏远地区，在实际监测期间，采用人工管理方式无法实现对环境数据的全面收集，影响工作效果。为实现对光伏电站整体运行情况的合理调度，提高运行效率，本项目积极应用环境监测技术，以物联网技术为核心，结合具体情况完善光伏电站环境数据实时监测系统。

全面收集运行期间的温度以及湿度等信息，便于及时开展远程实时监测活动。例如，光伏电站火灾隐患的监控。在本项目运行期间，由于会受到多种因素的影响，火灾概率较高。为强化对光伏电站环境趋势的预测，可运用Gauss 烟流模型合理预测PM2.5趋势，以此实现对火灾隐患的实时监测[2]。在发生火灾现象时，受燃烧现象的影响，在区域内PM2.5会产生异常现象，针对烟雾扩散计算公式为：Q=K×A×exp（-α×h）。

其中：Q代表烟雾流量，K代表扩散系数，A代表截面积，h代表高度，α代表与空气混合物成分、温度和压力等因素有关的常数。在实际应用中，此公式描述了烟雾在空气中的扩散过程，其中K、A和h是已知的常数，α是取决于各种因素的常数。根据烟雾浓度随时间和空间的分布情况，可以使用这个公式来计算烟的流量。

2.5 建设集中监控中心

基于物联网技术出发，本项目运用光伏发电站集中监控技术合理建设集中监控中心，从多方面出发实现全面监控与管理。在这一过程中，借助云端大数据、预警机制、传感器网络以及远程监控等各项技术，有效提高整体监控效果。在运用监控期间，通过运用光伏电站计算机监控系统，可以对光伏电站运行情况实施诊断分析，借助互联网平台优势，对各项数据信息进行处理。在此基础上，通过将接收并处理过的信号向调度中心发送，使其在接受的基础上顺利执行所下达的命令。同时，结合实际需求，可建立跨地域数据平台，实现运营数据的高效传输。

针对远程监控中心而言，其能够通过监控数据的变化做出相应措施，一旦数据产生异常情况则可立即对其实施处理，有效降低风险影响，实现对设备的维护以及故障快速响应。集中监控中心的建设并应用可有效满足电力系统稳定运行的需求，通过对其进行集中监视控制，实现全网络化的信息交换。从根本上来说，可以实现光伏电站“少人值守”甚至“无人值守”目标，良好适应企业减员增效发需求，进而为整体经济效益提供保障。

2.6 建立光伏运维平台

近年来，光伏电站建设数量在逐年上升，随需求不断增长的情况，实际运维工作难度较高，且具有一定安全隐患，在运维过程中各项隐患类事件具有不易察觉的特点，并且设备数量基数较大。本项目通过建立光伏运维平台，积极利用相关软件技术及云服务功能，采用GPRS 无线通信，从根本上优化功能模块设计，实现对数据的全面解析与处理[3]。

针对光伏运维平台总体架构而言，其主要包括应用层、传输层等。通过利用传感器优势，全面采样各项数据，在此基础上，对其实施有效处理并传送至云服务器，实现数据汇总以及存储等功能，进而对光伏发电设备进行远程控制以及智能调度。从根本上来说，光伏运维平台作为监控系统的重要部分，在具体应用期间，主要工作职能是定时发送查询命令。将查询数据进行统一存储之后，便于管理人员进行查看，以便了解光伏电站运行情况。其中，实时通信技术作为至关重要的内容可采用Ajax 技术，充分发挥该项技术优势，使其与服务器进行高质量通信，在有效交换数据的同时确保后续查看时的流畅性以及准确性[4]。

2.7 实施混合储能配置策略

为增强光伏能源的利用效率，优化光伏发电站供给方式，提升光伏发电站整体运维与管理效率，本项目基于大数据、分析等技术出发，开展混合储能优化配置策略，有效增强电网安全性能。光伏发电具有随机性，发电期间实际出力波动性较大，会对电网造成一定影响，导致电网结构不稳定。在传统运维技术中主要是采用限电上网等方式，减缓冲击影响。但是该种方式具有一定缺点，会造成资源浪费的同时降低发电利用率。在此背景下，项目运用储能系统，平稳输出电力的同时解决光伏缺额的问题，实现能源利用最大化目标[5]。

从根本上来说，光伏发电具有间歇性特点，为实现储能、经济性以及稳定性的协同发展，可建立混合储能充放电模型，采用蓄电池以飞轮为核心，从能量型以及功率型两方面出发，实现储能目标。在充分考虑光伏并网功率平抑性与经济性的基础上，可以建立混合储能优化配置模型，以投资、运行、维护以及惩罚成本为指标。

其中，维护成本主要是指定期维修所造成的成本支出；而运行成本则是指储能装置在长时间持续运行中产生的损耗。在这期间，其深度放电、过度放电等行为对储能装置的使用寿命具有一定影响，需严格控制使用次数，一旦达到峰值则需对其实施更换。综合考量方面成本支出的基础上，可强化对充放电功率的控制，最大限度上发挥储能电池的实际优势，避免产生频繁放电的现象，以此提高发电站的运行效果[6]。有鉴于此，本项目针对性地建设了混合储能设施，取得了良好的社会与经济效益。