基于物聯網的光伏電站運維云平臺的技術研究
引言
近年來隨著我國經濟的快速發展人們對于電能的需求在快速增長同時由于環境治理形式更加嚴峻以及能源危機日益嚴重我國也加大了對光伏電站等新能源電站的建設力度表現出光伏電站數量的不斷增多以及建設規模的不斷擴大同時隨著光伏發電技術的不斷進步在提高光伏電站發電量的同時也推動了光伏智能運維技術的發展和應用文章就針對此技術的應用現狀和相應的管理技術及其發展方向進行簡要分析
1智能運維技術現狀分析
在目前的光伏電站中通常是通過一套功能相對較弱的局部監測系統的配置來滿足光伏監測的要求但是此種監測方案只可以實現對光伏電站的單獨監控而無法實現將電站投資和建設的所有信息向集團投資者及時提供而且在此種方案下還會造成電站運行統計數據不全面的問題將這些數據通過電子文檔的方式向管理者提交時也會造成管理者無法直觀分析數據的問題此外上述監控系統的運行中針對電站運行中的故障信息也難以及時和準確的發現這就需要運維人員在本地監控平臺上進行電站故障信息的讀取和申報此種方式不僅具有較大的人工勞動量和較高的人工成本而且還會造成故障響應速度過慢而影響系統正常運行的問題尤其是針對通常建設在偏僻地區的光伏電站來說在運行中還容易由于運維人員經驗不足以及操作不規范而導致出現安全事故等問題
針對上述光伏電站的監測現狀結合目前先進的大數據云存儲以及網絡技術計算機技術等在光伏運維云平臺上搭建起光伏電站運維管理系統在光伏電站的管理終端中應用上述系統可以通過100GW+電站接入來實現對所有電站的集中管控此外通過此管理系統的應用可以確保在完整的管理平臺上開展電力設備的管理工作保證此工作的規范性而且還可以在此平臺上進行規范化的操作和維修團隊的構建和發展實現電站運行效率的提升以及運行成本的降低同時通過此系統的應用還可以提升電力設備資產管理的透明度實現對發電站地位的實時控制在深入挖掘電站運行數據的同時作為決策的重要依據推動光伏電站資產價值的提升
2智能運維管理技術分析
在光伏電站中應用智能運維管理技術可以在電站運行中從時間空間設備等多個維度上開展監控工作重點是可以開展維護管理分析判斷以及評價和報警等管理工作而且在上述分析時重點以光伏電站的績效評價指標來開展具體地說通過此技術的應用一是可以對光伏電站的建設質量進行判斷重點是分析判斷其建設質量是否滿足標準以及設計要求二是可以對電站運行中的隱患進行自動檢測并確保及時發現將檢測結果進行匯總向業主及時進行報告而且在此結果的基礎上來對故障的類型和位置進行分析和確定三是通過此技術所獲取的數據還可以結合地理環境和氣候特點來對發電量進行預測然后在預測結果基礎上來對較佳的阻塞程度和耐受性的除塵方法進行確定較大化地縮短經濟周期以及降低成本實現收益的提升四是將此技術與未來的網絡信息共享進行結合在綜合分析電站信息以及氣象數值預報數據的基礎上結合互聯網云計算等技術來預測局部瞬時功率以及未來時間的發電量實現能量調度精細化程度的提升五是通過此技術來向運行檢修以及管理人員提供更為完整的數據和差異化便捷的服務六是通過此技術提供的數據便于后續開展光伏電站的設計建設設備的規劃以及新設備的接入同時也為系統和設備的維護更新以及故障早期預判等提供依據
3智能運維技術的發展方向
物聯網是因為它可以建立物與物之間的連接并在基本的Internet框架中共享和擴展信息因此可以不受限制地在終端操作中建造和使用設備和設施并且可以以完全自動化的方式執行相關操作訂單下達以及參數分析和處理它在分析電力系統的穩定性和較大程度的剃刮方面具有很大的技術優勢以多設備智能為代表的智能物聯網網絡系統也在逐步建立這些將在下面分別討論
3.1針對智能電網的物聯網體系結構
輸變電設備須對運行狀態進行實時檢查并對相關關鍵組件進行壽命測試其中智能和自動化的物聯網技術框架的使用可以持續依賴計算機技術的更新和相應物聯網架構的改進從而在長期發展的基礎上騰飛智能網絡的功能
3.2在輸變電設備狀態中的運用
輔助鏈路中傳輸和電力變換設備的狀態檢測以及相關的維護工作主要是基于感知層來完成相應的程序其中在塔和其他設備中實現并安裝了不同類型和類型的傳感器收集當前傳輸線不同工作條件下的特征參數并通過實時傳輸進行網絡注冊和分析根據作者的意見相關輸電線路的在線監測業務已經能夠完全編制高海拔準時參數例如風向偏差監測圖像和視頻監測以及微氣象監測
目前電源主要依靠太陽能其他研究機構對高壓電磁能的提取進行了研究發現效果不理想因此有必要從新的角度出發提高高溫和低溫下的能量存儲容量并優化電源模式以提高整個系統的電源容量其次監視變壓器設備的狀況物聯網技術與變電站配置中的智能兼容因此在實際應用水平上應以電廠的智能運維為指導并在此基礎上進行推廣成本可控操作維護方便感知層主要反映在過程層中因此應用層須對應于工作站的控制層
3.3輸變電設備全壽命的周期管理
基于長期利益基于多種因素的資產計劃和設計將基于實現經濟利益而減少資產生命周期的成本電網資產的生命周期管理是為了實現安全管理因此實現資產管理的結合根據中國的基本國情分析了工業市場中電網公司的技術和市場特征通過不斷總結實踐管理經驗以滿足新的發展需求此外物聯網技術的使用還可以監視能源設備的全景狀態信息并關聯其屬性以評估其使用壽命從而為其周期成本和其他條件提供較有效的輔助功能同時您還可以有效地關聯能源資產的生命周期從而提高設備診斷過程的真實性和準確性它還有利于科學管理的制造和安裝階段
在實際應用中物聯網技術可以收集有關變電站設備的各種信息包括環境和測試通過統計科學方法分析了設備的現狀和未來發展因素以形成基于物聯網技術的設備風險評估方法通過使用新的傳感器和其他技術手段結合能量傳輸和轉換設備的狀態特性結合一定的理論數據形成了有效的評估方法并建立了完整的文件
4安科瑞分布式光伏運維云平臺介紹
4.1概述
AcrelCloud-1200分布式光伏運維云平臺通過監測光伏站點的逆變器設備氣象設備以及攝像頭設備幫助用戶管理分散在各地的光伏站點主要功能包括站點監測逆變器監測發電統計逆變器一次圖操作日志告警信息環境監測設備檔案運維管理角色管理用戶可通過WEB端以及APP端訪問平臺及時掌握光伏發電效率和發電收益
4.2應用場所
目前我國的兩種分布式應用場景分別是廣大農村屋頂的戶用光伏和工商業企業屋頂光伏這兩類分布式光伏電站今年都發展迅速
4.3系統結構
在光伏變電站安裝逆變器以及多功能電力計量儀表通過網關將采集的數據上傳至服務器并將數據進行集中存儲管理用戶可以通過PC訪問平臺及時獲取分布式光伏電站的運行情況以及各逆變器運行狀況平臺整體結構如圖所示
4.4系統功能
AcrelCloud-1200分布式光伏運維云平臺軟件采用B/S架構任何具備權限的用戶都可以通過WEB瀏覽器根據權限范圍監視分布在區域內各建筑的光伏電站的運行狀態（如電站地理分布電站信息逆變器狀態發電功率曲線是否并網當前發電量總發電量等信息）
4.4.1光伏發電
4.4.1.1綜合看板
●顯示所有光伏電站的數量裝機容量實時發電功率
●累計日月年發電量及發電收益
●累計社會效益
●柱狀圖展示月發電量
4.4.1.2電站狀態
●電站狀態展示當前光伏電站發電功率補貼電價峰值功率等基本參數
●統計當前光伏電站的日月年發電量及發電收益
●攝像頭實時監測現場環境并且接入輻照度溫濕度風速等環境參數
●顯示當前光伏電站逆變器接入數量及基本參數
4.4.1.3逆變器狀態
●逆變器基本參數顯示
●日月年發電量及發電收益顯示
●通過曲線圖顯示逆變器功率環境輻照度曲線
●直流側電壓電流查詢
●交流電壓電流有功功率頻率功率因數查詢
4.4.1.4電站發電統計
●展示所選電站的時日月年發電量統計報表
4.4.1.5逆變器發電統計
●展示所選逆變器的時日月年發電量統計報表
4.4.1.6配電圖
●實時展示逆變器交直流側的數據
●展示當前逆變器接入組件數量
●展示當前輻照度溫濕度風速等環境參數
●展示逆變器型號及廠商
4.4.1.7逆變器曲線分析
●展示交直流側電壓功率輻照度溫度曲線
4.4.2事件記錄
●操作日志用戶登錄情況查詢
●短信日志查詢短信推送時間內容發送結果回復等
●平臺運行日志查看儀表網關離線狀況
●報警信息將報警分進行分級處理記錄報警內容發生時間以及確認狀態
4.4.3運行環境
●視頻監控通過安裝在現場的視頻攝像頭可以實時監視光伏站運行情況對于有硬件條件的攝像頭還支持錄像回放以及云臺控制功能
4.5系統硬件配置
4.5.1交流220V并網
交流220V并網的光伏發電系統多用于居民屋頂光伏發電裝機功率在8kW左右
部分小型光伏電站為自發自用余電不上網模式這種類型的光伏電站需要安裝防逆流保護裝置避免往電網輸送電能光伏電站規模較小而且比較分散對于光伏電站的管理者來說通過云平臺來管理此類光伏電站非常有必要安科瑞在這類光伏電站提供的解決方案包括以下方面
4.5.2交流380V并網
根據國家電網Q/GDW1480-2015《分布式電源接入電網技術規定》8kW~400kW可380V并網超出400kW的光伏電站視情況也可以采用多點380V并網以當地電力部門的審批意見為準這類分布式光伏多為工商業企業屋頂光伏自發自用余電上網分布式光伏接入配電網前應明確計量點計量點設置除應考慮產權分界點外還應考慮分布式電源出口與用戶自用電線路處每個計量點均應裝設雙向電能計量裝置其設備配置和技術要求符合DL/T448的相關規定以及相關標準規程要求電能表采用智能電能表技術性能應滿足國家電網公司關于智能電能表的相關標準用于結算和考核的分布式電源計量裝置應安裝采集設備接入用電信息采集系統實現用電信息的遠程自動采集
光伏陣列接入組串式光伏逆變器或者通過匯流箱接入逆變器然后接入企業380V電網實現自發自用余電上網在380V并網點前需要安裝計量電表用于計量光伏發電量同時在企業電網和公共電網連接處也需要安裝雙向計量電表用于計量企業上網電量數據均應上傳供電部門用電信息采集系統用于光伏發電補貼和上網電量結算
部分光伏電站并網點需要監測并網點電能質量包括電源頻率電源電壓的大小電壓不平衡電壓驟升/驟降/中斷快速電壓變化諧波/間諧波THD閃變等需要安裝單獨的電能質量監測裝置部分光伏電站為自發自用余電不上網模式這種類型的光伏電站需要安裝防逆流保護裝置避免往電網輸送電能系統圖如下
這種并網模式單體光伏電站規模適中可通過云平臺采用光伏發電數據和儲能系統運行數據安科瑞在這類光伏電站提供的解決方案包括以下方面
4.5.310kV或35kV并網
根據《國家能源局關于2019年風電光伏發電項目建設有關事項通知》（國發新能〔2019〕49號）對于需要國家補貼的新建工商業分布式光伏發電項目需要滿足單點并網裝機容量小于6兆瓦且為非戶用的要求支持在符合電網運行安全技術要求的前提下通過內部多點接入配電系統
此類分布式光伏裝機容量一般比較大需要通過升壓變壓器升壓后接入電網由于裝機容量較大可能對公共電網造成比較大的干擾因此供電部門對于此規模的分布式光伏電站穩控系統電能質量以及和調度的通信要求都比較高
光伏電站并網點需要監測并網點電能質量包括電源頻率電源電壓的大小電壓不平衡電壓驟升/驟降/中斷快速電壓變化諧波/間諧波THD閃變等需要安裝單獨的電能質量監測裝置
上圖為一個1MW分布式光伏電站的示意圖光伏陣列接入光伏匯流箱經過直流柜匯流后接入集中式逆變器直流柜根據情況可不設置最后經過升壓變壓器升壓至10kV或35kV后并入中壓電網由于光伏電站裝機容量比較大涉及到的保護和測控設備比較多主要如下表
5結語
在目前我國相關政策的支持下光伏市場中表現出了搶裝潮的發展趨勢表現出光伏電站的建設數量不斷增多和建設規模的擴大覆蓋范圍也更加廣泛同時也在結合目前先進的技術來推動光伏電站向智能化方向發展尤其是針對智能運維技術的應用基于智能運維平臺在融入多種新技術設備以及方案等同時推動光伏電站向未來的數字化和智能化電站以及全球自動化運維等方向發展
