光伏智能电站建设与运维管理的探讨

　　摘 要：随着光伏发电装机规模的迅速扩大，电站运营管理水平的高低将直接成为影响发电成本的重要因素。目前国内光伏智能电站建设与运营尚处萌芽阶段，为了缩短光伏发电站运行巡检时间，全面记录倒闸操作过程，准确判断并消除故障点，提高光伏电站整体运维和安全管理水平进而提高电站收益水平，本文从智能电站的角度入手，对智能电站的建设及后续运维管理模式进行探讨，为实现无人值守或少人值守电站进而降低运维成本提供参考。

关键词：智能电站 运行管理 维修管理 云计算 客户端

一、目前现状与发展前景

随着全球能源形势日趋紧张，对环境造成的破坏日益凸显，太阳能以其取之不尽、用之不竭、无污染等特有优势成为新能源中的宠儿，因而太阳能光伏发电作为一种可持续的能源代替方式，在近几年得到迅速发展。国家能源局发布： 2014年光伏新增装机目标确定为14GW，其中分布式光伏占8GW。

光伏电站是与电网相连并向电网输送电力的光伏发电系统，主要由太阳能电池方阵、蓄电池组、充放电制约器、逆变器、交流配电柜、太阳跟踪制约系统等设备组成，利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。其产品主要分为三个方面：一是为无电场合提供电源，主要为广大无电地区居民生活生产提供电力，还有微波中继电源、通讯电源等，另外，还包括一些移动电源和备用电源；二是太阳能日用电子产品，如各类太阳能充电器、太阳能路灯和太阳能草坪灯等；三是并网发电，尤其分布式光伏电站并网发电在发达国家已经大面积推广实施。

随着光伏发电装机规模的迅速扩大，电站运营管理水平的高低将直接成为影响发电成本的重要因素。目前国内光伏智能电站建设与运营尚处萌芽阶段，为了缩短光伏发电站运行巡检时间，全面记录倒闸操作过程，准确判断并消除故障点，提高光伏电站整体运维和安全管理水平进而提高电站收益水平，本文从智能电站的角度入手，对智能电站的建设及后续运维管理模式进行探讨，为实现无人值守或少人值守电站进而降低运维成本提供参考。

二、智能光伏电站的建设

智能变电站是采用先进、可靠、集成和环保的智能设备，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和检测等基本功能，同时，具备支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策和协同互动等高级功能的变电站。

1.电站智能化建设概述

智能光伏电站在中控室附近设置中央通讯基站，在光伏区和设备区设置若干个子基站以加强信号接收和传递，光伏电站的监控信号和控制信号通过无线通讯技术进行传输，中控室接受到信号后通过互联网将实时数据自动上传到云储存，运维人员可在任何有无线网络的地方通过手机客户端或使用基于互联网Web的软件调用云储存信息对电站进行监视和控制。示意图如下：


图1 智能电站控制示意图

2.实时数据采集与云计算

电站设备信号实时采集并配合电气继电保护动作可实现故障情况下自动报警或速断，防止故障扩大；同时给运维人员提供实时的电站故障数据有利于运维人员实施多电站管理。

通过挖掘多电站数据对电站设备的运行状况、故障信息及老化趋势进行分析，使用云计算技术对多电站进行类比和分析帮助运维人员进行监控与操作（云计算服务模型见图2），最终实现电站区域管理，尤其对分布式电站的运维管理具有重要意义。


图2 云计算服务模型

3.智能锁控与运维客户端

电站智能锁控管理系统，对电站重要区域出入通道门(如：高压室门、继保室门、通讯机房门)、各类设备箱柜门(如：保护柜门、监控柜门、端子箱门、机构箱门、汇控柜门)及各类手动设备操作机构配备智能锁具和视频监控；通过授权智能钥匙，固化使用人员的权限，不但能接收授权任务，还可防止越权操作；通过视频锁控联动监控倒闸操作，并可在操作过程中实时记录所有设备的开启次数。

手机客户端和基于互联网Web的软件的应用，实现电站实时监控与控制功能，实现交接班、巡检记录、运行日志、维修报告的电子化。

三、智能光伏电站的运维管理模式

1.运行管理

光伏智能电站运行管理主要包括运行日志、交接班、设备巡检和倒闸操作管理。

运行日志管理：运行人员在完成巡检后通过手机客户端记录当班期间的设备运行状态、故障情况、电量信息以及附带照片等，同时生成唯一编号（条形码或二维码），记录后的运行日志上传云储存永久保存。

交接班管理：交班人员通过语音输入转换为文字形式的运行日志，同时形成唯一的条形码或二维码编号，并上传云储存；接班人员登陆手机客户端扫描交班人员运行日志的二维码，从云储存下载并阅读后完成交接班确认。

设备巡检管理：运行人员进行设备巡检时发现异常，扫描设备编码（条形码或二维码）可识别设备信息（产品名称、型号、厂家、出厂日期、故障历史等信息）；针对故障情况拍摄故障设备照片并记录文字说明上传云储存，通过云处理自动记录到运行日志中；同时自动提出检修申请单，进入检修流程。

倒闸操作：运行人员接到倒闸操作指令进入审批流程，完成审批后进行倒闸操作；操作人员领取对应权限的智能钥匙对设备进行操作，智能锁孔系统通过视频锁控连锁对整个倒闸操作过程进行监控。操作完毕后，将智能钥匙记录的开启位置、时间、次数等信息上传云储存，经云处理后记录到运行日志中。

2.维修管理

光伏智能电站维修管理主要包括：在线故障诊断与处理、预防性维修诊断与处理、敏感设备预警诊断与处理。

在线故障诊断与处理：智能光伏电站能实时采集电站设备运行状态信息，维修人员通过手机客户端或基于互联网Web的软件对电站故障情况进行监控；发生故障时自动触发警告通知，通过短信形式提醒维修人员查看故障情况并做出相应的处置。故障处理后结束检修流程并将结果记录到手机客户端中，上传至云储存。

预防性维修诊断与处理：通过挖掘电站设备运行状态、故障历史等信息经云计算对设备易发故障点和老化趋势作出评价，自动生成满足国标和行业标准要求的具有针对性的预防性维修计划，维修任务到期前提醒维修人员进行检修准备。

敏感设备预警诊断与处理：电站识别敏感设备后将设备保护定值固化到云处理相关程序中，通过对电站实时监控采集的数据进行分析，实现产生偏差时的预警功能，帮助运维人员对设备进行操作及时切断故障点，防止设备损坏或故障扩大。

3.其他

1）发电效率评估：智能光伏电站对设备运行状态的实时监测并通过建立仿真模型（在气象仪上获得光照、温湿度等数据）可对电站效率、系统性能、发电量、等效利用小时数进行评估，还可完成故障设备分类与统计。

2）组件清洗预警：在光伏发电中组件污秽损失可达4%(见图3)；组件不清洗将造成电量损失，洗过频繁的清洗从经济性上不合算。智能光伏电站可通过发电效率评估结果和仿真模型对比的方式给出光伏组件的最佳清洗时间。


图3 光伏电站效率

3）经验反馈共享：智能光伏电站基于网络、服务器、存储、应用软件开发等工作建立资源共享池，自动分类整理后的经验反馈到其他电站中，帮助电站运维人员提高运维管理水平。

四、结论

智能光伏电站的建设应用互联网思维将电站之间的运行数据高效整合并提供计算与处理，达到“每个个体、时刻联网、各取所需、实时互动”的状态，帮助运维人员实时监控电站设备运行状态和故障诊断，最终实现区域化管理，有效提高光伏电站的运维管理水平和安全管理水平，节省人力成本，尤其对分布式光伏发电的运维管理具有着无可替代的作用。

参考文献：
[1]《国家能源局关于印发太阳能发电发展“十二五”规划的通知》，国能新能〔2012〕194号
[2] 中国智能电网发展联盟.《智能变电站运行管理规范（最新版）》，2013.
[3] 中国电子网.《智能电网锁控管理系统》，2012.
[4] 臂力论文网.《关于光伏电站建设及运营管理》，2014.
[5] 吴朱华.《云计算核心技术剖析》，2011.
[6] 赵大伟.《互联网思维“独孤九剑”》，2014.