安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：光伏電站類型多，地理分布范圍越來越廣。單個電站占地面積大，傳統(tǒng)的運維方式存在難度大，巡檢管理易缺失、效率低、人力成本高，故障發(fā)現(xiàn)、維修不及時等問題，使得電站發(fā)電量減少，造成收益損失，嚴(yán)重影響投資回報。通過建設(shè)大數(shù)據(jù)智能運維平臺，運維管理實現(xiàn)信息化、網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化，減少站端值守人員數(shù)，提高管理水平、工作效率、決策的正確性，降低了運維成本，保障電站運行的安全性、可靠性，減少發(fā)電損失，實現(xiàn)電站效益良好。

關(guān)鍵詞：光伏電站；大數(shù)據(jù)；信息化；智能運維

       隨著化石能源的日漸枯竭，環(huán)境污染越來越嚴(yán)重，可再生能源越來越受到關(guān)注。近年來，可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速。根據(jù)能源局發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，全國新增光伏總裝機(jī)量持續(xù)增長，2016 年新增為2011 年的17 倍，2017 年我國光伏發(fā)電新增裝機(jī)53.06 GW，其中分布式光伏19.44 GW，同比增長370%。光伏電站裝機(jī)容量越來越龐大，地理分布越來越廣，電站類型復(fù)雜多樣。某公司運維13 個光伏電站，場址遍布10個省份，有屋頂光伏項目、魚光互補光伏項目、山地光伏、農(nóng)光互補光伏項目等多種類型光伏電站。其中屋頂光伏項目建設(shè)在某占地20 km2 園區(qū)的幾十個屋頂廠房；魚光互補光伏電站，建設(shè)在占地面積1.3 km2 的湖里。依靠傳統(tǒng)的運維方式，光伏電站管理難度大、巡檢管理易存在缺失、運維效率低下、人力成本高、故障發(fā)現(xiàn)和維修不及時等問題，使得光伏電站發(fā)電量減少，光伏電站收益降低，嚴(yán)重影響光伏電站針對光伏電站運維的難點，提出借助于計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信、大數(shù)據(jù)技術(shù)，建設(shè)大數(shù)據(jù)運維平臺，實現(xiàn)電站運維管理的信息化、網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化。這樣不僅提高了管理水平、工作效率、決策的正確性，減少站端值守人員數(shù)，而且為電站的生產(chǎn)管理者提供真實、準(zhǔn)確、及時的生產(chǎn)管理信息，保障電站設(shè)備的安全、可靠性，減少電站的發(fā)電損失，實現(xiàn)電站運維的效益管理。

       系統(tǒng)結(jié)構(gòu)劃分為兩層，如圖1 所示。

       一層：總部集中管理中心層，部署大數(shù)據(jù)智能運維平臺，接收站端上傳的實時生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)、站端主要設(shè)備的運行參數(shù)等數(shù)據(jù)，對站端上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行多層次、多維度綜合分析處理、存儲、應(yīng)用、展示及發(fā)布，評估電站生產(chǎn)運行情況，并提供生產(chǎn)運行報表；實現(xiàn)對下屬多個電站的統(tǒng)一監(jiān)視和管理。二層：站端數(shù)據(jù)采集層，建設(shè)在電站就地，通過在生產(chǎn)控制一區(qū)部署通信管理機(jī)接收電站SCADA 監(jiān)控系統(tǒng)后臺轉(zhuǎn)發(fā)的逆變器、匯流箱、升壓站遙測和電能計量表（安全Ⅱ區(qū)）、環(huán)境監(jiān)測儀數(shù)據(jù)，并經(jīng)過橫向隔離裝置（正向型）傳輸?shù)焦芾硇畔^(qū)的數(shù)據(jù)服務(wù)器，位于服務(wù)器中的解析程序?qū)魅氲臄?shù)據(jù)進(jìn)行實時解析、入庫和統(tǒng)計分析。

       對電站站端的相電壓、線電壓、相電流、功率、功率因數(shù)、廠用電、頻率和開關(guān)狀態(tài)量等運行數(shù)據(jù)進(jìn)行實時監(jiān)測，大數(shù)據(jù)運維平臺利用其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，實現(xiàn)了對站端生產(chǎn)運行狀況進(jìn)行監(jiān)控，對故障問題進(jìn)行預(yù)警、報警，對相關(guān)設(shè)備進(jìn)行遙控和遙調(diào)。

2.1 地圖導(dǎo)航

       如圖2 所示，通過在線地圖，展示各電站的地理位置信息、運行狀態(tài)、裝機(jī)情況、節(jié)能減排、年實際發(fā)電量、年理論發(fā)電量等情況。用戶可快速了解各電站的整體運行狀況及運行水平。同時，可直接點擊在線地圖上的任一電站圖標(biāo)，系統(tǒng)直接進(jìn)入該電站，了解電站詳細(xì)運行信息。

2.2 實時監(jiān)測

       支持實時采集電站的運行狀態(tài)、電站PR、等效小時數(shù)、越限告警信息、設(shè)備（光伏組件、逆變器、匯流箱、箱變、升壓站、集電線路等）運行數(shù)據(jù)、異常設(shè)備情況、站端報警，實行實時展示并秒級刷新，以便提前發(fā)現(xiàn)站端故障點，及時處理故障點，減少電量損失，提高發(fā)電效率。

2.3 智能運維

       運用大數(shù)據(jù)運維平臺的數(shù)據(jù)分析計算能力，對采集的站端各類數(shù)據(jù)進(jìn)行計算分析，預(yù)測電站的運行趨勢；發(fā)現(xiàn)站端設(shè)備在運行過程中潛在的故障點，以便提前處理，避免形成故障后造成更大的損失；對于已產(chǎn)生的故障，通過大數(shù)據(jù)平臺的數(shù)據(jù)處理計算功能，快速準(zhǔn)確的定位設(shè)備故障，找到故障產(chǎn)生的原因，并制定可借鑒的化解決方案，輔助運維人員處理故障，提高電站的整體運維水平和效率，減少損失。

2.4 對標(biāo)管理

       對各電站運行狀況進(jìn)行不同維度的對比，如發(fā)電量對標(biāo)、發(fā)電效率對標(biāo)、能耗對標(biāo)、故障處理效率對標(biāo)、安全完成率對標(biāo)等。通過對標(biāo)，了解各電站的實際整體運行水平，及時發(fā)現(xiàn)運行較差的電站及設(shè)備，從而針對性地制定策略提升其整體運行水平，實現(xiàn)提高發(fā)電量。

2.5 電站運行分析

       電站管理人員從綜合效率、計劃完成率、棄光或棄風(fēng)電量（檢修棄光或棄風(fēng)、故障棄光或棄風(fēng)、限電棄光或棄風(fēng)）、損耗（逆變器損耗等價時、組串損耗等價時、匯流箱損耗等價時、箱變運行損耗、線纜損耗等）、太陽能資源、逆變器性能等進(jìn)行分析，確定影響電站性能的具體因素，并及時處理，從而保證電站整體運行的穩(wěn)定。

2.6 運維管理

       運維管理為電站日常運維工作的操作臺，包含兩票管理、檢修管理、巡視管理、培訓(xùn)管理、缺陷管理、運維工作臺、考核管理、交接班管理、設(shè)備更換等內(nèi)容。充分利用信息化來實現(xiàn)運維管理全過程跟蹤管理，強(qiáng)化運維管理執(zhí)行力度和效率，提高運維的執(zhí)行質(zhì)量。

2.7 運營統(tǒng)計分析

       運營統(tǒng)計是根據(jù)生產(chǎn)運行管理要求，以電站運行數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)生成的各類統(tǒng)計報表，具體報表格式可由根據(jù)電站運營管理的需要，自由定制表格，滿足多樣化的需求。系統(tǒng)對電站的運行數(shù)據(jù)進(jìn)行多層次、多維度綜合對比分析，有助于準(zhǔn)確評估電站實際生產(chǎn)運行情況，達(dá)到電站的精細(xì)化管理目標(biāo)。

2.8 設(shè)備資產(chǎn)管理

       實現(xiàn)對電站設(shè)備資產(chǎn)臺帳及其緊密相關(guān)的業(yè)務(wù)信息的集中管理，從而提高設(shè)備的可靠性及可利用率，減少設(shè)備的故障率和停用小時數(shù)，控制和降低設(shè)備維護(hù)及檢修成本，縮短檢修響應(yīng)和檢修工作時間，延長設(shè)備使用壽命，增強(qiáng)電站的安全性。

2.9 管理

       通過對發(fā)電生產(chǎn)安全相關(guān)的組織、人員、措施、事件、臺帳等工作進(jìn)行信息管理，實現(xiàn)生產(chǎn)管理意識的提高，同時對電站生產(chǎn)進(jìn)行規(guī)范化管理和信息監(jiān)督，減少事故的發(fā)生和危害程度。充分利用先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，提高安全監(jiān)督工作的效率、減輕安監(jiān)人員的工作強(qiáng)度、提高安全生產(chǎn)管理水平。

2.10 專家知識庫

       記錄了大量光伏電站運維相關(guān)技術(shù)、故障解決應(yīng)用案例、運維經(jīng)驗總結(jié)等知識，同時建立了知識庫模型，方便現(xiàn)場運維人員可以根據(jù)現(xiàn)場的運維情況和自身經(jīng)驗總結(jié)按知識庫模型，自行完善知識庫的建設(shè)。專家知識庫不僅有助于運維團(tuán)隊培訓(xùn)運維人員，提升運維人員的水平，而且在發(fā)現(xiàn)故障時，通過對故障點的數(shù)據(jù)計算進(jìn)行分析對比，系統(tǒng)自動搜索專家知識庫，提供類似案例的解決方案，為運維人員提供技術(shù)參考。

2.11 移動APP 功能

       支持移動終端（手機(jī)、平板電腦等）接入電站，了解光伏電站的地理位置信息、裝機(jī)容量、發(fā)電效率、節(jié)能減排、運維評估情況（包括工作票，操作票，缺陷票的生成數(shù)量和閉環(huán)數(shù)量）、電站收益等。

3.1云平臺架構(gòu)

3.2云平臺概述

       我司的運維平臺綜合運用綜合保護(hù)裝置、多功能電力儀表、母排及線纜測溫裝置、 變壓器溫控儀、視頻攝像頭、水浸煙霧、溫濕度、門磁等多種傳感器統(tǒng)一接入變電所現(xiàn)場的邊緣計算網(wǎng)關(guān)，經(jīng)邊緣計算網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)封裝、壓縮、加密后上傳至云平臺。實時集中監(jiān)測所有變電所用電情況、統(tǒng)一調(diào)度運維巡檢安排，線上線下聯(lián)動；實現(xiàn)用戶側(cè)變配電所的24小時無人值守，監(jiān)測各配電回路運行狀態(tài)，即時定位故障，降低風(fēng)險。通過手機(jī)APP下發(fā)運維任務(wù)到人員手機(jī)上，并通過GPS跟蹤運維執(zhí)行過程。將企業(yè)集團(tuán)/高等院校內(nèi)廣泛分布的變電所集中統(tǒng)一管理，提高運維效率、提高故障響應(yīng)速度，即時發(fā)現(xiàn)運行缺陷并做消缺處理。為售電企業(yè)提供電能集抄服務(wù)，即時掌握用戶用電量情況，避免偏差考核；響應(yīng)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的政策，增加客戶粘性，為后期的增值服務(wù)開展做準(zhǔn)備。

3.3云平臺功能

3.4云平臺配置方案

3.5產(chǎn)品介紹

       AM5SE系列微機(jī)綜合保護(hù)裝置

       功能

       保護(hù)功能：主變差動保護(hù)功能、主變后備保護(hù)、三段式過流帶方向帶電壓閉鎖、三段式過流、零序電流保護(hù)、過電壓；

       低電壓保護(hù)、大功率電機(jī)保護(hù)、高壓電動機(jī)綜合保護(hù)、PT并列功能、非電量保護(hù)、并網(wǎng)逆功率保護(hù)、檢同期功能；

       測量功能：保護(hù)電流、測量電流、零序電流、母線電壓、零序電壓4-20MA輸出、直流測量；

       通訊功能：提供RS485通訊接口，RS232維護(hù)接口，IRIG-B對時接口、USB升級接口，RJ45網(wǎng)口接口；

       故障錄波功能：保護(hù)動作時觸發(fā)錄波，可以記錄故障前8個周波后四個周波的數(shù)據(jù)；

       控制回路：自帶操作回路，防跳功能；

       GPS校時功能：提供時鐘同步接口，接收GPS校時信號。

       應(yīng)用

       35kV及以下電壓等級的變配電站及設(shè)備的保護(hù)測控功能，至少包括35kV進(jìn)線/主變壓器（一般容量2000kVA以上）/PT/母聯(lián)、10kV進(jìn)線/饋線/配電變壓器（一般容量2000kVA以下）/高壓電動機(jī)/高壓電容器/母聯(lián)/PT等設(shè)備的保護(hù)和自動控制功能。

       ASD300系列智能操控裝置

       功能

       一次動態(tài)模擬圖指示及自檢帶電顯示、閉鎖及自檢；

       核相、強(qiáng)制加熱、強(qiáng)制照明；

       語音防誤提示；

       人體感應(yīng)及柜內(nèi)照明、已帶電語音播報；

       分合閘、遠(yuǎn)方就地、儲能轉(zhuǎn)換開關(guān)；

       分合閘回路完好指示/電壓測量；

       預(yù)分預(yù)合閃光指示；

       斷路器分合次數(shù)統(tǒng)計；

       RS485串行通訊接口；

       開關(guān)柜節(jié)點無線測溫；

       全電參量測量。

       應(yīng)用

       35KV高壓及以下中置柜，手車柜，環(huán)網(wǎng)柜。

       ARTM-Pn無線測溫裝置

       功能

       接收60個ATE100/200/300/400；

       3U3I電參量測量；

       實時測溫功能；

       RS485通訊接口，通過標(biāo)準(zhǔn)的MODBUS RTU協(xié)議實現(xiàn)組網(wǎng)功能；

       具備自檢功能；

       超溫、高溫、相間溫差報警、溫度突變量告警功能。

       應(yīng)用

       變電站、配電室、箱變等。

       APM810系列多功能電力儀表

       功能

       準(zhǔn)確度等級：有功電能0.5S級，無功電能2級；

       測量功能：三相電壓、三相電流、分相及總有功功率、分相及總無功功率、分相及總視在功率、分相及總功率因數(shù)、頻率、需量；

       電能計量：分相及總雙向電能、四象限無功電能；

       電能質(zhì)量監(jiān)測：2-63次分次諧波、總（奇、偶）諧波測量、電壓波峰系數(shù)、電話波峰因子、電流K系數(shù)測量；

       輸入輸出：2路開關(guān)量輸出（選配MD82模塊可擴(kuò)至8路）；

       及2路開關(guān)量輸入（選配MD82模塊可擴(kuò)至26路），開關(guān)量輸出；

       可配置為報警輸出或遠(yuǎn)程遙控，DO用作報警輸出時可自由關(guān)聯(lián)報警內(nèi)容；

       SD卡存儲功能：用于電參量、電能、諧波等數(shù)據(jù)定時存儲，波形存儲等功能。

       應(yīng)用

       適用于電力系統(tǒng)、工礦企業(yè)、公用設(shè)施、智能大廈等需要電力監(jiān)控的場合。

       DTSD1352導(dǎo)軌式電能表

       功能

       測量功能：三相電流、電壓、功率、頻率、總正反向有功電能統(tǒng)計、總正反向無功電能統(tǒng)計；

       準(zhǔn)確級精度：有功0.5S；

       電流信號接入：直接接入10（80)A 經(jīng)CT接入1（6）A；

       電壓信號：100V 380V；

       通信：RS485接口，支持MODBUS-RTU或者DL/T645通訊協(xié)議。

       應(yīng)用

       適用于和大型公建中對電能的分項計量，也可用于企事業(yè)單位作電能管理考核。

       ADW300無線智能儀表

       功能

       測量功能：三相電流、電壓、功率、頻率、總正反向有功電能統(tǒng)計、總正反向無功電能統(tǒng)計；

       電能質(zhì)量：電壓、電流不平衡度，電壓、電流總諧波及2-31分次諧波；

       需量：電流、功率需量及實時電流，功率需量；

       準(zhǔn)確級精度：0.5s級 ADW300外置互感器型1級；

       電流信號規(guī)格：100A輸入 ，經(jīng)互感器輸入，二次互感接入；

       通訊方式：RS485、 LORA無線通訊、NB-IOT無線通訊、4G無線通訊。

       應(yīng)用

       ADW300方便用戶進(jìn)行用電監(jiān)測、集抄和管理，可靈活安裝在配電箱中，可用于電力運維、環(huán)保監(jiān)管等在線監(jiān)測類平臺中。

       ARCM300系列電氣火災(zāi)監(jiān)控儀表

       功能

       測量：單回路剩余電流、4路溫度、電壓、電流、功率、頻率、功率因數(shù)、視在電能、四象限電能；

       保護(hù)：剩余電流、溫度、過流等；

       報警：聲光報警，支持消音、復(fù)位操作；

       開關(guān)量：1路繼電器輸出、4路開關(guān)量輸入；

       通訊方式：RS485、NB-IOT無線通訊、4G無線通訊。

       應(yīng)用

       適用于智能樓宇、高層公寓、賓館、飯店、商廈、工礦企業(yè)、消防單位以及石油化工、文教衛(wèi)生、金融、電信等領(lǐng)域。

       ANET智能網(wǎng)關(guān)

       功能

       數(shù)據(jù)采集（支持串口、以太網(wǎng)，只需配置即可兼容支持標(biāo)準(zhǔn)電力規(guī)約的各類儀表）；

       數(shù)據(jù)上傳（支持往上海分類分項能耗平臺、寧夏電力需求側(cè)平臺、江蘇電力運維平臺、浙江電力運維平臺上傳數(shù)據(jù)）；

       邊緣計算（靈活的報警閾值設(shè)置、主動上傳報警信息、數(shù)據(jù)合并計算、斷點續(xù)傳、數(shù)據(jù)加密、4G路由）；

       遠(yuǎn)程管理（遠(yuǎn)程配置、遠(yuǎn)程升級、遠(yuǎn)程監(jiān)視）。

       應(yīng)用

       泛在電力物聯(lián)網(wǎng)、能耗系統(tǒng)平臺、電力需求側(cè)管理平臺、第三方云平臺、預(yù)付費系統(tǒng)、運維系統(tǒng)平臺、電力監(jiān)控平臺、能源綜合管理平臺。

3.6云平臺現(xiàn)場應(yīng)用圖片  

  

               展廳現(xiàn)場                 運維團(tuán)隊               采集箱內(nèi)部圖

 

高配現(xiàn)場                    門磁安裝                                  安裝煙感

   

           槍機(jī)安裝                   漏水檢測安裝              低壓柜儀表

3.7平臺價值

       為電力運維企業(yè)提供線上運維服務(wù)平臺，實時集中監(jiān)測所有變電所用電情況、統(tǒng)一調(diào)度運維巡檢安排，線上線下聯(lián)動。

       將企業(yè)集團(tuán)/高等院校內(nèi)廣泛分布的變電所集中統(tǒng)一管理，提高運維效率、提高故障響應(yīng)速度；

       響應(yīng)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的政策，增加客戶粘性，為后期的增值服務(wù)開展做準(zhǔn)備；

       為售電企業(yè)提供電能集抄服務(wù)，即時掌握用戶用電量情況，避免偏差考核。

3.8訪問方式

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       本文針對光伏電站傳統(tǒng)運維方式存在的問題，提出了通過建設(shè)大數(shù)據(jù)智能運維平臺，運維實現(xiàn)信息化、網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、集中化管理，不僅減少了站端值守人員數(shù)，而且利用大數(shù)據(jù)運維平臺強(qiáng)大的計算分析能力，實現(xiàn)了運維的智能化，地提高運維管理水平、運維效率，實現(xiàn)了光伏電站效益良好。

[1]程 榮. 淺談光伏電站的智能化運維[J]. 煤，2018，27（10）：87-88.

[2]徐小勇，李 敏，王 靜，李 剛. 大數(shù)據(jù)智能運維平臺.