分布式光伏电站信息化运维的趋势分析

摘 要：针对分布式光伏电站存在运维管理难度大、运维成本高的问题，亟需通过信息化方式支持分布式光伏电站的运维工作，通过对此类光伏电站进行统一运行监控、调度指挥及数据管理，尽可能实现其全天候少人值守甚至是无人值守，并实时掌握光伏电站中各类设备的运行状态信息，保障设备安全，从而提高光伏电站运行的远程监控能力。针对分布式光伏电站传统运维方式中存在的不足进行了分析，并从4个方面分析了分布式光伏电站信息化运维方式。分析结果显示：通过合理而有效的光伏电站信息化运维方式，不仅能大幅缩短分布式光伏电站的巡检时间，精确判断和消除设备故障，而且可以较好地保证光伏电站的长期稳定运行和发电效益的最大化。

关键词：分布式光伏电站；信息化运维；远程监控；趋势

中图分类号：TM615 文献标志码：A

0" 引言

光伏发电作为可再生能源利用方式，是中国实现“双碳”目标的重要一环。光伏电站主要分为集中式光伏电站和分布式光伏电站两种类型。其中，集中式光伏电站主要分布在平原、山地、荒漠等区域，具有投资高、建设周期长、占地面积大等特点；而分布式光伏电站一般分布在厂房或居民住宅屋顶等区域，具有投资成本低、建设周期短、占地面积小、政策支持力度大等优点，得到了较快发展。国家能源局公布数据显示，2023年上半年中国光伏发电新增并网装机容量为78.423 GW，其中，分布式光伏发电为40.963 GW，占比超过52.23%；截至2023年6月底，光伏发电累计并网装机容量为470.002 GW，其中，分布式光伏发电为198.228 GW，占比为42.18%[1]。

尽管分布式光伏电站在投资成本、建设周期及占地面积方面具有优势，但由于其建设点众多且地理位置分散，会给运维工作造成诸多不便。光伏电站的运维方式是影响其正常运行和发电效率的重要因素之一。根据项目实地调研结果，大部分分布式光伏电站都存在后台监控混乱、运维成本过高、运维人员缺乏专业技能等问题。2021年，工业和信息化部等5部委联合印发《智能光伏产业创新发展行动计划（2021—2025年）》（工信部联电子[2021]226号）[2]，提出促进5G通信、人工智能、先进计算、工业互联网等新一代信息技术和光伏产业的融合与创新，加速提升光伏产业全产业链的智能化水平，增强智能产品及系统解决方案的供应能力等要求，促进国内光伏产业持续向全球价值链中高端迈进的步伐。因此，为了提高分布式光伏电站的运维管理能力，保证光伏电站能够高效且高质量的发电，迫切需要引入智能高效的信息化运维方式。本文针对分布式光伏电站传统运维方式中存在的不足进行分析，并从4个方面分析分布式光伏电站信息化运维方式。

1" 分布式光伏电站传统运维方式中的不足

分布式光伏电站传统运维方式中存在诸多不足，包括运维人员技能不足、运维人员安全防范意识差、运维成本过高、运维过程存在安全隐患、故障预警不及时、故障处理不及时等。

1.1" 运维人员技能不足

为了节省分布式光伏电站运维方面的开支，通常运维方会降低运维人员聘用成本，导致聘用的运维人员缺乏专业技术知识和经验，不能很好地处理光伏电站设备出现的各种异常问题，使光伏电站的安全稳定运行无法得到有效保障，从而影响了分布式光伏电站的整体效益。

1.2" 运维人员安全防范意识差

分布式光伏电站建设完成后，其运行期间可能会出现各种问题，当运维人员缺乏安全防范意识时，会出现因电弧、热斑、线路年久受损、设备未定期检修等带来的安全隐患，这不仅会严重影响光伏电站的发电效率，也容易引起火灾，造成财产损失。

1.3" 运维成本过高

分布式光伏电站的运维会涉及一系列支出，包括运维人员的雇佣与培训费、设备维修费、运维设备购买费等。

以光伏组件为例，目前市面上针对光伏组件的运维产品很多，比如：光伏组串级运维设备及光伏组件级运维设备。光伏组串级运维设备是当某个光伏组串中的光伏组件运行异常时，该设备会切断整个光伏组串的线路，避免故障发生或蔓延；而光伏组件级运维设备是当某块光伏组件运行异常时，该设备会切断该光伏组件的运行，同时不影响其他光伏组件的正常发电。针对两种运维设备，虽然光伏组件级运维设备的运维效果明显优于光伏组串级运维设备，但从当前市场调研结果来看，此类运维设备需要在每块光伏组件上安装监测关断装置，会大幅提高运维成本。

1.4" 运维过程存在安全隐患

大多数分布式光伏电站都建在厂房或居民住宅屋顶，距离地面高度在3～30 m之间，因此，光伏电站的日常运维难度较大，常需要借助爬梯等工具攀爬。但很多分布式光伏电站用的爬梯无任何安全措施，且爬梯也容易出现腐蚀现象，运维人员很容易发生安全事故。此外，屋顶之类的位置较为宽阔，无遮挡物，运维人员在高温天气下工作很容易中暑，导致身体不适；并且有的屋顶周围无防护措施，运维人员中暑后很容易从屋顶跌落，造成人身伤害。

1.5" 故障预警不及时

目前，大部分分布式光伏电站还未根据运维需求定制运维监管平台，而是直接使用各逆变器厂家免费提供的监控平台，运维人员和管理人员可以通过远程监控管理平台的网页端或手机应用软件（APP）端对光伏电站进行远程监控管理。但当光伏电站内的设备发生故障时，此类监控管理平台无法主动且及时地推送故障信息，运维人员只能通过主动查看后台监控页面来发现故障，导致运维效率不高，长此以往，光伏电站的经济效益将会大幅降低。

1.6" 故障处理不及时

由于分布式光伏电站的建设区域较为分散，且为了节省运维成本，很多光伏电站不会提供专人值守，导致在远程监控管理模式下，光伏电站设备的异常预警等情况无法得到及时解决。

2" 分布式光伏电站信息化运维方式分析

吴鸣寰等[3]指出，传统的粗放式运维方式很难实现光伏电站的降本增效，而精细化的运维工作有助于光伏电站长期稳定发展。通过采用信息化运维方式可实现对分布式光伏电站各类设备的实时监测、智能告警、统计分析、远程升级控制等，不仅可以查看每台设备的位置，还可以获取每台设备的实时发电数据等信息，从而轻松实现对光伏电站内每台设备的实时管理。当光伏组件出现故障时，可以通过“问题组件”模块实现此光伏组件的快速、精准定位，甚至可以远程诊断故障类型，无需现场运维，实现信息化极简运维。

近几年，国内光伏电站信息化运维有了很大发展，很多公司致力于智能光伏电站的研究，利用物联网、大数据等技术研发信息化运维平台。由此可知，智能化运维是分布式光伏电站精细化运行的利器，更是提高分布式光伏电站发电效率的重要手段。下文分别从建筑信息模型（BIM）、大数据分析、监测系统、硬件的智能化这4个方面分析分布式光伏电站的信息化运维方式。

2.1" BIM

BIM是一个信息管理框架，旨在通过使用适当的技术更好地实现建筑物在设计、施工、运营和维护等方面的信息集成，各种信息始终整合于1个3D模型信息数据库中，各方人员可以基于BIM方法进行协同工作，可有效提高工作效率[4]。

随着分布式光伏电站数量及规模的不断扩大，对此类光伏电站实施BIM方法的需求也在不断增长，在光伏电站全生命周期内实施BIM方法可以使光伏电站最大限度地发挥其效益。

光伏电站运维过程中常出现在交接运维任务时运维团队发生信息丢失的情况，而BIM方法可以通过集中存储所有数据来弥合这种信息丢失，从而保证光伏电站数据的完整性。此外，BIM方法可以动态方式跟踪单个光伏组件，并记录其历史数据，这有利于监控整个光伏电站和优化光伏电站的整体性能。此外，BIM方法作为一个理想的数据库，可全面获得与光伏组件相关的故障信息，这有助于降低光伏电站运行过程中的不确定性和风险，提高其发电性能预测性，从而提高其电网友好性。

传统的运维方式是在未完全了解光伏组件故障根本原因的情况下简单地将其更换，仅是因为与该光伏组件相关的信息丢失了。而BIM方法可以帮助识别每个光伏组件，并记录其相关数据，有效避免了上述情况的出现。

光伏电站运行周期结束后，涉及光伏组件的的拆除和处置问题，对于性能仍较好的光伏组件，可以继续再应用于其他光伏电站，而BIM方法可以在新应用环境中跟踪这类光伏组件的所有信息，并可与之前的信息进行对比，有助于进行光伏电站性能对比。

2020年，7 MW屋顶分布式光伏发电项目在天津中环新能源会展中心落地，该项目在施工阶段使用了BIM方法，对各个施工步骤进行整体把控；在项目运营管理阶段，将光伏设备运行参数传输至智能化平台，通过智能平台实现对于各模块的智能化监控与运维。

然而，在使用BIM方法时有个问题需要注意，由于光伏组件的初始性能参数和光伏电站的电气连接方式等信息只能从原始文档获取，会不可避免地涉及手动处理，无法通过BIM方法直接获取。这就需要先确定逆变器、变压器和电缆沟槽的穿线模式和位置，然后将光伏电站的电气设计添加到BIM中[5]。

2.2" 大数据分析

在光伏电站运维过程中需要管理人员主动进行资源的管理和数据的采集与分析。

合理的光伏电站运维方式在很大程度上取决于运维承包商获取的内部和外部信息。内部信息主要为光伏电站元数据，比如：光伏组件、逆变器、变压器等设备的数量、规格，光伏组件的安装倾角、方位角、功率、电流、电压，以及太阳辐照度、环境温度、风速和风向等信息。外部信息包括工厂布局的2D/3D图纸、光伏电站发电量预测值、红外热图像、电致发光（EL）图像等。

通过收集所有可用的信息，运维承包商才能更好地生成需进行的服务项目，创建一个“动态”维护计划，其中包括纠正和预防性维护。

光伏电站运行期间，从光伏组件到逆变器再到并网侧电表，都会生成大量数据，这些数据需实时提供给监控系统。若无及时处理和评估这些数据的方式，光伏电站管理者和运维承包商将无法利用隐藏在这些数据中的信息，这些数据将失去价值。

在支持光伏产业发展方面，大数据分析具有巨大的优势。运维承包商可以通过对数据进行分类研究来获取相关信息，这些数据信息经处理后可应用于提高光伏组件的发电效率，改善光伏电站的发电性能等方面。

对于分布式光伏电站而言，其架构包括光伏组件、逆变器、汇流箱、感知设备、传感器等多种设备，维护极其复杂和耗时，因此，运维承包商可以通过评估历史数据，利用大数据算法进行预防性和预测性维护来减少光伏电站停机时间。

此外，分布式光伏电站安全态势感知的前提是安全大数据，其可对光伏电站运行数据进行整合、特征提取等，然后应用一系列态势评估算法生成光伏电站的整体态势，应用态势预测算法预测态势的发展状况，并使用数据可视化技术，将态势状况和预测情况展示给光伏电站运维人员，方便运维人员直观、便捷地了解光伏电站当前的状态及可能存在的风险。

2.3" 监测系统

监测系统用于对光伏电站设备运行数据的监控，以及故障的预警、报警和诊断。可以将监测系统获取的光伏电站运行数据与光伏电站的期望值进行比较，并向光伏电站管理者提供相关报告，报告内容包括光伏电站性能、关键性能指标、存在的问题、发生过的预警及所执行的维护服务等。

2.4" 硬件的智能化

从光伏电站运维效果来看，光伏电站信息化运维是发展趋势，可通过采用各种智能化设备来实现分布式光伏电站的信息化运维，比如：采用跟踪式光伏支架、光伏组件自动化清洁设备、光伏电站巡视工具等。

跟踪式光伏支架可以根据太阳角度旋转光伏组件来实现光伏组件对太阳光的跟踪，从而保持光伏组件运行期间的最大发电效率。光伏组件自动化清洁设备可以节省人力成本，实现对灰尘、鸟粪、树叶等污染物的自主清理，通过定期清洁，一方面可以使光伏组件发电量达到最优，另一方面可以防止异物遮挡光伏组件引起的热斑效应的发生，防范安全隐患。光伏电站巡视工具，比如：无人机，通过分析无人机抓取的高分辨率图像，可及时发现光伏组件隐裂、热斑等影响光伏电站安全性的情况。

2.5" 小结

综上可知，通过上述合理而有效的光伏电站信息化运维方式，不仅能大幅缩短分布式光伏电站的巡检时间，精确判断和消除设备故障，而且可以较好地保证光伏电站的长期稳定运行和发电效益的最大化。

3" 结论

目前，中国非常重视及支持光伏发电技术的发展，因此，国内分布式光伏电站装机规模的占比突增；且为了提高分布式光伏电站的整体发电性能，信息化运维已成为此类光伏电站运维方式的发展趋势。

本文针对分布式光伏电站传统运维方式中存在的不足进行了分析，并从4个方面分析了分布式光伏电站信息化运维方式。分析结果显示：通过合理而有效的光伏电站信息化运维方式，不仅能大幅缩短分布式光伏电站的巡检时间，精确判断和消除设备故障，而且可以较好地保证光伏电站的长期稳定运行和发电效益的最大化。

[参考文献]

[1] 国家能源局. 2023年一季度光伏发电建设运行情况[EB/OL]. （2023-05-05）. http：//www.nea.gov.cn/2023-05/05/c_1310716141.htm.

[2] 工业和信息化部，住房和城乡建设部，交通运输部，

等.智能光伏产业创新发展行动计划（2021—2025年）

[EB/OL]. （2022-01-04）. https：//www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2022-01/05/5666484/files/daf24576801549ecbde531fd9346b1e5.pdf.

[3] 吴鸣寰，吴光军，周猛.浅谈光伏电站精益运维管理[J].水电与新能源，2019，33（6）：70-73.

[4] 百度百科.建筑信息模型[EB/OL]. [2023-07-23]. https：//baike.baidu.com/item/%E5%BB%BA%E7%AD%91%E4%BF%A1%E6%81%AF%E6%A8%A1%E5%9E%8B/5034795？fr=ge_ala.

[5] TRUST-PV. Building information model （BIM） requirements and design for the operational phase[EB/OL]. （2021-09-30）. https：//trust-pv.eu/reports/building-information-model-bim-requirements-and-design-for-the-operational-phase/.

Trend analysis of information-based operation and maintenance of distributed PV power Stations

Dong Yalan

（Beijing Philisense Electronic Technology Co.，Ltd，Beijing 100191，China）

Abstract：It is urgent to support the operation and maintenance of distributed PV power stations through information-based technology to address the difficulties and high costs of operation and maintenance management. By implement unified operation monitoring，scheduling command，and data management for such PV power stations，in order to achieve round the clock unmanned or even unmanned operation as much as possible，real-time grasp of the operation status information of various equipment in the PV power stations，ensure equipment safety，and improve the remote monitoring capability of PV power stations operation. This paper analyzes the shortcomings of traditional operation and maintenance methods for distributed PV power stations，and examines the ways in which distributed PV power stations can carry out information-based operation and maintenance from four aspects. The analysis results show that through the reasonable and effective information-based operation and maintenance methods of PV power stations，not only can the inspection time of distributed PV power stations be significantly shortened，equipment failures can be accurately judged and eliminated，but also the long-term stable operation and the maximization of power generation efficiency of PV power stations can be well ensured.

Keywords：distributed PV power stations；information-based operation and maintenance；remote monitoring；trend