我國光伏“智能電站”建設(shè)與運(yùn)維管理的探討
發(fā)布時(shí)間：2015-03-10 點(diǎn)擊率：2733
【摘要】隨著光伏發(fā)電裝機(jī)規(guī)模的迅速擴(kuò)大，電站運(yùn)營管理水平的高低將直接成為影響發(fā)電成本的重要因素。目前國內(nèi)光伏智能電站建設(shè)與運(yùn)營尚處萌芽階段，為了縮短光伏發(fā)電站運(yùn)行巡檢時(shí)間，全面記錄倒閘操作過程，準(zhǔn)確判斷并消除故障點(diǎn)，提高光伏電站整體運(yùn)維和安全管理水平進(jìn)而提高電站收益水平，本文從智能電站的角度入手，對智能電站的建設(shè)及后續(xù)運(yùn)維管理模式進(jìn)行探討，為實(shí)現(xiàn)無人值守或少人值守電站進(jìn)而降低運(yùn)維成本提供參考。
一、目前現(xiàn)狀與發(fā)展前景
隨著全球能源形勢日趨緊張，對環(huán)境造成的破壞日益凸顯，太陽能以其取之不盡、用之不竭、無污染等特有優(yōu)勢成為新能源中的寵兒，因而太陽能光伏發(fā)電作為一種可持續(xù)的能源代替方式，在近幾年得到迅速發(fā)展。
光伏電站是與電網(wǎng)相連并向電網(wǎng)輸送電力的光伏發(fā)電系統(tǒng)，主要由太陽能電池方陣、蓄電池組、充放電制約器、逆變器、交流配電柜、太陽跟蹤制約系統(tǒng)等設(shè)備組成，利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)而將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù)。其產(chǎn)品主要分為三個(gè)方面：一是為無電場合提供電源，主要為廣大無電地區(qū)居民生活生產(chǎn)提供電力，還有微波中繼電源、通訊電源等，另外，還包括一些移動(dòng)電源和備用電源；二是太陽能日用電子產(chǎn)品，如各類太陽能充電器、太陽能路燈和太陽能草坪燈等；三是并網(wǎng)發(fā)電，尤其分布式光伏電站并網(wǎng)發(fā)電在發(fā)達(dá)國家已經(jīng)大面積推廣實(shí)施。
隨著光伏發(fā)電裝機(jī)規(guī)模的迅速擴(kuò)大，電站運(yùn)營管理水平的高低將直接成為影響發(fā)電成本的重要因素。目前國內(nèi)光伏智能電站建設(shè)與運(yùn)營尚處萌芽階段，為了縮短光伏發(fā)電站運(yùn)行巡檢時(shí)間，全面記錄倒閘操作過程，準(zhǔn)確判斷并消除故障點(diǎn)，提高光伏電站整體運(yùn)維和安全管理水平進(jìn)而提高電站收益水平，本文從智能電站的角度入手，對智能電站的建設(shè)及后續(xù)運(yùn)維管理模式進(jìn)行探討，為實(shí)現(xiàn)無人值守或少人值守電站進(jìn)而降低運(yùn)維成本提供參考。
二、智能光伏電站的建設(shè)
智能變電站是采用先進(jìn)、可靠、集成和環(huán)保的智能設(shè)備，以全站信息數(shù)字化、通信平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化為基本要求，自動(dòng)完成信息采集、測量、控制、保護(hù)、計(jì)量和檢測等基本功能，同時(shí)，具備支持電網(wǎng)實(shí)時(shí)自動(dòng)控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策和協(xié)同互動(dòng)等高級功能的變電站。
1.電站智能化建設(shè)概述
智能光伏電站在中控室附近設(shè)置中央通訊基站，在光伏區(qū)和設(shè)備區(qū)設(shè)置若干個(gè)子基站以加強(qiáng)信號接收和傳遞，光伏電站的監(jiān)控信號和控制信號通過無線通訊技術(shù)進(jìn)行傳輸，中控室接受到信號后通過互聯(lián)網(wǎng)將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)自動(dòng)上傳到云儲(chǔ)存，運(yùn)維人員可在任何有無線網(wǎng)絡(luò)的地方通過手機(jī)客戶端或使用基于互聯(lián)網(wǎng)Web的軟件調(diào)用云儲(chǔ)存信息對電站進(jìn)行監(jiān)視和控制。示意圖如下：
電站設(shè)備信號實(shí)時(shí)采集并配合電氣繼電保護(hù)動(dòng)作可實(shí)現(xiàn)故障情況下自動(dòng)報(bào)警或速斷，防止故障擴(kuò)大；同時(shí)給運(yùn)維人員提供實(shí)時(shí)的電站故障數(shù)據(jù)有利于運(yùn)維人員實(shí)施多電站管理。
通過挖掘多電站數(shù)據(jù)對電站設(shè)備的運(yùn)行狀況、故障信息及老化趨勢進(jìn)行分析，使用云計(jì)算技術(shù)對多電站進(jìn)行類比和分析幫助運(yùn)維人員進(jìn)行監(jiān)控與操作（云計(jì)算服務(wù)模型見圖2），最終實(shí)現(xiàn)電站區(qū)域管理，尤其對分布式電站的運(yùn)維管理具有重要意義。
電站智能鎖控管理系統(tǒng)，對電站重要區(qū)域出入通道門(如：高壓室門、繼保室門、通訊機(jī)房門)、各類設(shè)備箱柜門(如：保護(hù)柜門、監(jiān)控柜門、端子箱門、機(jī)構(gòu)箱門、匯控柜門)及各類手動(dòng)設(shè)備操作機(jī)構(gòu)配備智能鎖具和視頻監(jiān)控；通過授權(quán)智能鑰匙，固化使用人員的權(quán)限，不但能接收授權(quán)任務(wù)，還可防止越權(quán)操作；通過視頻鎖控聯(lián)動(dòng)監(jiān)控倒閘操作，并可在操作過程中實(shí)時(shí)記錄所有設(shè)備的開啟次數(shù)。
手機(jī)客戶端和基于互聯(lián)網(wǎng)Web的軟件的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)電站實(shí)時(shí)監(jiān)控與控制功能，實(shí)現(xiàn)交接班、巡檢記錄、運(yùn)行日志、維修報(bào)告的電子化。
三、智能光伏電站的運(yùn)維管理模式
1.運(yùn)行管理
光伏智能電站運(yùn)行管理主要包括運(yùn)行日志、交接班、設(shè)備巡檢和倒閘操作管理。
運(yùn)行日志管理：運(yùn)行人員在完成巡檢后通過手機(jī)客戶端記錄當(dāng)班期間的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、故障情況、電量信息以及附帶照片等，同時(shí)生成唯一編號（條形碼或二維碼），記錄后的運(yùn)行日志上傳云儲(chǔ)存永久保存。
交接班管理：交班人員通過語音輸入轉(zhuǎn)換為文字形式的運(yùn)行日志，同時(shí)形成唯一的條形碼或二維碼編號，并上傳云儲(chǔ)存；接班人員登陸手機(jī)客戶端掃描交班人員運(yùn)行日志的二維碼，從云儲(chǔ)存下載并閱讀后完成交接班確認(rèn)。
設(shè)備巡檢管理：運(yùn)行人員進(jìn)行設(shè)備巡檢時(shí)發(fā)現(xiàn)異常，掃描設(shè)備編碼（條形碼或二維碼）可識別設(shè)備信息（產(chǎn)品名稱、型號、廠家、出廠日期、故障歷史等信息）；針對故障情況拍攝故障設(shè)備照片并記錄文字說明上傳云儲(chǔ)存，通過云處理自動(dòng)記錄到運(yùn)行日志中；同時(shí)自動(dòng)提出檢修申請單，進(jìn)入檢修流程。
倒閘操作：運(yùn)行人員接到倒閘操作指令進(jìn)入審批流程，完成審批后進(jìn)行倒閘操作；操作人員領(lǐng)取對應(yīng)權(quán)限的智能鑰匙對設(shè)備進(jìn)行操作，智能鎖孔系統(tǒng)通過視頻鎖控連鎖對整個(gè)倒閘操作過程進(jìn)行監(jiān)控。操作完畢后，將智能鑰匙記錄的開啟位置、時(shí)間、次數(shù)等信息上傳云儲(chǔ)存，經(jīng)云處理后記錄到運(yùn)行日志中。
2.維修管理
光伏智能電站維修管理主要包括：在線故障診斷與處理、預(yù)防性維修診斷與處理、敏感設(shè)備預(yù)警診斷與處理。
在線故障診斷與處理：智能光伏電站能實(shí)時(shí)采集電站設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息，維修人員通過手機(jī)客戶端或基于互聯(lián)網(wǎng)Web的軟件對電站故障情況進(jìn)行監(jiān)控；發(fā)生故障時(shí)自動(dòng)觸發(fā)警告通知，通過短信形式提醒維修人員查看故障情況并做出相應(yīng)的處置。故障處理后結(jié)束檢修流程并將結(jié)果記錄到手機(jī)客戶端中，上傳至云儲(chǔ)存。
預(yù)防性維修診斷與處理：通過挖掘電站設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、故障歷史等信息經(jīng)云計(jì)算對設(shè)備易發(fā)故障點(diǎn)和老化趨勢作出評價(jià)，自動(dòng)生成滿足國標(biāo)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求的具有針對性的預(yù)防性維修計(jì)劃，維修任務(wù)到期前提醒維修人員進(jìn)行檢修準(zhǔn)備。
敏感設(shè)備預(yù)警診斷與處理：電站識別敏感設(shè)備后將設(shè)備保護(hù)定值固化到云處理相關(guān)程序中，通過對電站實(shí)時(shí)監(jiān)控采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生偏差時(shí)的預(yù)警功能，幫助運(yùn)維人員對設(shè)備進(jìn)行操作及時(shí)切斷故障點(diǎn)，防止設(shè)備損壞或故障擴(kuò)大。
3.其他
1）發(fā)電效率評估：智能光伏電站對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測并通過建立仿真模型（在氣象儀上獲得光照、溫濕度等數(shù)據(jù)）可對電站效率、系統(tǒng)性能、發(fā)電量、等效利用小時(shí)數(shù)進(jìn)行評估，還可完成故障設(shè)備分類與統(tǒng)計(jì)。
2）組件清洗預(yù)警：在光伏發(fā)電中組件污穢損失可達(dá)4%(見圖3)；組件不清洗將造成電量損失，洗過頻繁的清洗從經(jīng)濟(jì)性上不合算。智能光伏電站可通過發(fā)電效率評估結(jié)果和仿真模型對比的方式給出光伏組件的最佳清洗時(shí)間。
四、結(jié)論
智能光伏電站的建設(shè)應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)思維將電站之間的運(yùn)行數(shù)據(jù)高效整合并提供計(jì)算與處理，達(dá)到“每個(gè)個(gè)體、時(shí)刻聯(lián)網(wǎng)、各取所需、實(shí)時(shí)互動(dòng)”的狀態(tài)，幫助運(yùn)維人員實(shí)時(shí)監(jiān)控電站設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和故障診斷，最終實(shí)現(xiàn)區(qū)域化管理，有效提高光伏電站的運(yùn)維管理水平和安全管理水平，節(jié)省人力成本，尤其對分布式光伏發(fā)電的運(yùn)維管理具有著無可替代的作用。
