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(gè)電站占地面積大，傳統(tǒng)的運(yùn)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(shí)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(bào)。通過建設(shè)大數(shù)據(jù)智能運(yùn)維平臺(tái)，運(yùn)維管理實(shí)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(yùn)維成本，保障電站運(yùn)行的安全性、可靠性，減少發(fā)電損失，實(shí)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(yùn)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)國家能源局發(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(yùn)維13 個(gè)光伏電站，場址遍布10個(gè)省份，有屋頂光伏項(xiàng)目、魚光互補(bǔ)光伏項(xiàng)目、山地光伏、農(nóng)光互補(bǔ)光伏項(xiàng)目等多種類型光伏電站。其中屋頂光伏項(xiàng)目建設(shè)在某占地20 km2 園區(qū)的幾十個(gè)屋頂廠房；魚光互補(bǔ)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(yùn)維方式，光伏電站管理難度大、巡檢管理易存在缺失、運(yùn)維效率低下、人力成本高、故障發(fā)現(xiàn)和維修不及時(shí)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(yùn)維的難點(diǎn)，提出借助于計(jì)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(yùn)維平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)電站運(yùn)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(shí)、準(zhǔn)確、及時(shí)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(shí)現(xiàn)電站運(yùn)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(yùn)維平臺(tái)，接收站端上傳的實(shí)時(shí)生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)、站端主要設(shè)備的運(yùn)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(chǔ)、應(yīng)用、展示及發(fā)布，評估電站生產(chǎn)運(yùn)行情況，并提供生產(chǎn)運(yùn)行報(bào)表；實(shí)現(xiàn)對下屬多個(gè)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(tái)轉(zhuǎn)發(fā)的逆變器、匯流箱、升壓站遙測和電能計(jì)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(shí)時(shí)解析、入庫和統(tǒng)計(jì)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(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，大數(shù)據(jù)運(yùn)維平臺(tái)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(shí)現(xiàn)了對站端生產(chǎn)運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)控，對故障問題進(jìn)行預(yù)警、報(bào)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(yùn)行狀態(tài)、裝機(jī)情況、節(jié)能減排、年實(shí)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(yùn)行狀況及運(yùn)行水平。同時(shí)，可直接點(diǎn)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(yùn)行信息。

2.2 實(shí)時(shí)監(jiān)測

支持實(shí)時(shí)采集電站的運(yùn)行狀態(tài)、電站PR、等效小時(shí)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(yùn)行數(shù)據(jù)、異常設(shè)備情況、站端報(bào)警，實(shí)行實(shí)時(shí)展示并秒級(jí)刷新，以便提前發(fā)現(xiàn)站端故障點(diǎn)，及時(shí)處理故障點(diǎn)，減少電量損失，提高發(fā)電效率。

2.3 智能運(yùn)維

運(yùn)用大數(shù)據(jù)運(yùn)維平臺(tái)的數(shù)據(jù)分析計(jì)算能力，對采集的站端各類數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析，預(yù)測電站的運(yùn)行趨勢；發(fā)現(xiàn)站端設(shè)備在運(yùn)行過程中潛在的故障點(diǎn)，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(tái)的數(shù)據(jù)處理計(jì)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，并制定可借鑒的專業(yè)化解決方案，輔助運(yùn)維人員處理故障，提高電站的整體運(yùn)維水平和效率，減少損失。

2.4 對標(biāo)管理

對各電站運(yùn)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(shí)際整體運(yùn)行水平，及時(shí)發(fā)現(xiàn)運(yùn)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(yùn)行水平，實(shí)現(xiàn)提高發(fā)電量。

2.5 電站運(yùn)行分析

電站管理人員從綜合效率、計(jì)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(jià)時(shí)、組串損耗等價(jià)時(shí)、匯流箱損耗等價(jià)時(shí)、箱變運(yùn)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(shí)處理，從而保證電站整體運(yùn)行的穩(wěn)定。

2.6 運(yùn)維管理

運(yùn)維管理為電站日常運(yùn)維工作的操作臺(tái)，包含兩票管理、檢修管理、巡視管理、培訓(xùn)管理、缺陷管理、運(yùn)維工作臺(tái)、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(shí)現(xiàn)運(yùn)維管理全過程跟蹤管理，強(qiáng)化運(yùn)維管理執(zhí)行力度和效率，提高運(yùn)維的執(zhí)行質(zhì)量。

2.7 運(yùn)營統(tǒng)計(jì)分析

運(yùn)營統(tǒng)計(jì)是根據(jù)生產(chǎn)運(yùn)行管理要求，以電站運(yùn)行數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)生成的各類統(tǒng)計(jì)報(bào)表，具體報(bào)表格式可由根據(jù)電站運(yùn)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(yùn)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(shí)際生產(chǎn)運(yùn)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(shí)現(xiàn)對電站設(shè)備資產(chǎn)臺(tái)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(shí)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(shí)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(tái)帳等工作進(jìn)行信息管理，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理意識(shí)的提高，同時(shí)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(jì)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(shí)庫

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

2.11 移動(dòng)APP 功能

支持移動(dòng)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(yùn)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(tái)架構(gòu)

3.2云平臺(tái)概述

我司的運(yùn)維平臺(tái)綜合運(yùn)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(jì)算網(wǎng)關(guān)，經(jīng)邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)封裝、壓縮、加密后上傳至云平臺(tái)。實(shí)時(shí)集中監(jiān)測所有變電所用電情況、統(tǒng)一調(diào)度運(yùn)維巡檢安排，線上線下聯(lián)動(dòng)；實(shí)現(xiàn)用戶側(cè)變配電所的24小時(shí)無人值守，監(jiān)測各配電回路運(yùn)行狀態(tài)，即時(shí)定位故障，降低風(fēng)險(xiǎn)。通過手機(jī)APP下發(fā)運(yùn)維任務(wù)到人員手機(jī)上，并通過GPS跟蹤運(yùn)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(yùn)維效率、提高故障響應(yīng)速度，即時(shí)發(fā)現(xiàn)運(yùn)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(shí)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(tái)功能

　3.4云平臺(tái)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(dòng)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(dòng)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(shí)接口、USB升級(jí)接口，RJ45網(wǎng)口接口；

故障錄波功能：保護(hù)動(dòng)作時(shí)觸發(fā)錄波，可以記錄故障前8個(gè)周波后四個(gè)周波的數(shù)據(jù)；

控制回路：自帶操作回路，防跳功能；

GPS校時(shí)功能：提供時(shí)鐘同步接口，接收GPS校時(shí)信號(hào)。

應(yīng)用

35kV及以下電壓等級(jí)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(dòng)機(jī)/高壓電容器/母聯(lián)/PT等設(shè)備的保護(hù)和自動(dòng)控制功能。

ASD300系列智能操控裝置

功能

一次動(dòng)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(bào)；

分合閘、遠(yuǎn)方就地、儲(chǔ)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(jì)；

RS485串行通訊接口；

開關(guān)柜節(jié)點(diǎn)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(gè)ATE100/200/300/400；

3U3I電參量測量；

實(shí)時(shí)測溫功能；

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

具備自檢功能；

超溫、高溫、相間溫差報(bào)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(jí)：有功電能0.5S級(jí)，無功電能2級(jí)；

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(jì)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(bào)警輸出或遠(yuǎn)程遙控，DO用作報(bào)警輸出時(shí)可自由關(guān)聯(lián)報(bào)警內(nèi)容；

SD卡存儲(chǔ)功能：用于電參量、電能、諧波等數(shù)據(jù)定時(shí)存儲(chǔ)，波形存儲(chǔ)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(jì)、總正反向無功電能統(tǒng)計(jì)；

準(zhǔn)確級(jí)精度：有功0.5S；

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

電壓信號(hào)：100V 380V；

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

應(yīng)用

適用于政府機(jī)關(guān)和大型公建中對電能的分項(xiàng)計(jì)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(jì)、總正反向無功電能統(tǒng)計(jì)；

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(shí)時(shí)電流，功率需量；

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

電流信號(hào)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(yùn)維、環(huán)保監(jiān)管等在線監(jiān)測類平臺(tái)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(bào)警：聲光報(bào)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)、國家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(xiàng)能耗平臺(tái)、寧夏電力需求側(cè)平臺(tái)、江蘇電力運(yùn)維平臺(tái)、浙江電力運(yùn)維平臺(tái)上傳數(shù)據(jù)）；

邊緣計(jì)算（靈活的報(bào)警閾值設(shè)置、主動(dòng)上傳報(bào)警信息、數(shù)據(jù)合并計(jì)算、斷點(diǎn)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(jí)、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(tái)、電力需求側(cè)管理平臺(tái)、第三方云平臺(tái)、預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)、運(yùn)維系統(tǒng)平臺(tái)、電力監(jiān)控平臺(tái)、能源綜合管理平臺(tái)。

3.7平臺(tái)價(jià)值

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

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(yùn)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(shí)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(yùn)維方式存在的問題，提出了通過建設(shè)大數(shù)據(jù)智能運(yùn)維平臺(tái)，運(yùn)維實(shí)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(yùn)維平臺(tái)強(qiáng)大的計(jì)算分析能力，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)維的智能化，有效地提高運(yùn)維管理水平、運(yùn)維效率，實(shí)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(yùn)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(yùn)維平臺(tái).

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊.2020.06版．