基于互聯網的智能光伏發電運維平臺的應用

任運業

江蘇安科瑞電器制造有限公司  江蘇江陰  214405

   摘要：隨著全球人口的不斷增長，社會的不斷發展與進步，人們日常生活與生產活動所需要耗費的自然資源已經即將超過了地球自身的負荷，尤其是石油、煤炭、森林等資源，而且這種狀況還可能隨著人口數量的日漸增長與社會發展的消耗而變得越發明顯與嚴重，人類發展與自然環境間的矛盾將會更加嚴峻。所以，為解決當前資源緊缺的現狀，實現人與自然的可持續發展，大力發展可再生、清潔能源就顯得尤為重要，是未來環境保護的重中之重。

   關鍵詞：互聯網；光伏發電；可再生資源；智能運維平臺；光伏運維

   光伏能源作為取之不盡用之不竭的天然清潔能源，將在未來的新能源開發中成為優選的新能源，太陽能資源將以其無盡開采、無污染等特性成為未來其他非可再生、污染性能源的替代品，在未來將得到全球各國的重視。

   而且隨著互聯網技術的快速發展，大數據時代的到來，在未來發展“互聯網+"智能光伏電站將成為光伏發電實現創新性發展的大突破口，關乎未來光伏產業的延續與發展。在日漸信息化、數字化的時代，能否將互聯網技術充分利用到光伏能源的開發與建設中，實現互聯網與光伏產業的結合，將成為未來光伏產業發展的新趨勢、新方向。

1、工程案例

   項目名稱：浙能長興地面光伏電站工程造價：5000萬元，長興電廠光伏安裝工程分廠區和廠外兩個區域，太陽能電池組件29460塊，合計功率8.38兆瓦，參與項目設計管理、設備采購、安裝施工等。

2、我國光伏電站發展現狀

   多年來，中國的電力能源市場主要以開采容易、價格低廉的燃氣、煤炭等能源為主，利用這類能源開發電力比例可達發電總量的60%以上。而水能、風能、太陽能等清潔、可再生能源由于其開發技術要求高，所需投入的成本較高，而且對政府政策引導的依賴性很強，光伏產業基本不在市場的可調控范圍內，缺乏市場活力，所以利用這類能源開發日常電力資源所占的比例還是十分小的，占全國總發電量的15%左右。想要大力開發太陽能為主的光伏發電，則需要各個國家在政策、技術、資金上給予大力的幫扶，促進新能源開發的持續性發展。

   隨著全球環境保護意識的提升，當前各國家和地區在光伏電站的開發與建設上的技術與水平得到了顯著的提高，這對于光伏產業的發展是十分利好的消息，光伏發電在技術條件的支撐下，開發建設成本明顯下降，全球光伏電站的建設數量正呈現逐漸上漲的趨勢，光伏發電前景一片光明。據國際能源署調查數據顯示，到2050年光伏發電占全球平均發電量將上升至16%，光伏發電將成為國際上較為可靠的電力供應渠道之一。

          21世紀前，歐洲主要發達國家一直是全球光伏發電發展較為先進和快速的地區。根據歐洲光伏產業協會報告顯示，21世紀前幾年全球的光伏發電總裝機量基本維持在40MW，這些光伏發電的建站地點主要分布在一德國為首的歐洲國家，亞洲具有代表性的國家主要是日本，截至2012年底，全球光伏總裝機量已經上升至100MW，其中歐洲國家占據總量的70%。隨著世界各國環境保護意識的不斷提升，尤其是亞洲國家對光伏產業給予了更多的資金以及政策的引導，而且隨著光伏發電技術的不斷進步與完善，2013年以來，以中國為首的亞洲國家開始大范圍建設光伏電站，經過一年的發展，2014年中國就超越了德國等歐洲國家，占領了全球光伏總裝機量的前列。

   至此，中國成為了除歐美國家以外，全球大的光伏發電市場，年發電總量占全球光伏發電市場的8%。光是在2011~2014年3年時間，中國的光伏電站總量從3300MW增加至了28199MW，3年的時間增長了將近八倍，并且預計到2020年中國將計劃實現光伏電站裝機總量容量達到50000MW。中國地大物博，所擁有的氣候類型十分豐富，尤其在青藏地區、偏遠的農村地區，擁有取之不盡的太陽能資源。有17%以上的陸地可以接收的陽光輻射達1750kWh/m2以上，約一半以上的陸地可以達到1400~1750kWh/m2，尤其在光照十分充足的青藏地區、沙漠地區，如果都裝載光伏發電設備，那么隱藏的發電量將可達到17TW。

   另外，隨著中國政府對光伏產業引起高度的重視，對光伏產業在政策、資金、技術上加以引導，中國的光伏生產技術已經達到了全球的地位，已經成為全球大的太陽能板淵電池冤的制造商，在2010年太陽能板的生產量就已經超過10MW，光伏發電設備遠銷海內外。全球掌握著太陽能光伏發電設備市場近一半生產量的10家企業，其中4家即尚德、晶奧、英利綠色能源和天合光能都在中國。

3、“互聯網+"智能光伏電站優勢

          2018年我國工業和信息化部、住房和城鄉建設部、交通運輸部、農業農村部、國家能源局、國務：扶貧辦六個部委共同出臺葉智能光伏產業發展行動計劃淵2018~2020年冤曳。該計劃提出，到2020年中國智能光伏的建設將取得顯著成果，互聯網加光伏電站將實現行業自動化、信息化、智能化，光伏電站智能制造技術與裝備將實現大突破，智能光伏產業發展環境將實現不斷優化與完善。

   “互聯網+"智能光伏電站的建設，是在互聯網與信息化加太陽能光伏發電技術的跨界融合，利用互聯網與信息化技術的優點，實現光伏電站從建設到維護都緊隨大數據時代的創新步伐，最終實現光伏發電發展結構的優化升級，節約光伏電站從前期建設到后期維護的經濟成本與人員投入成本，實現效益較大化，并且能夠較大限度克服因各種地質環境對光伏電站所產生的障礙，發展互聯網智能光伏電站具有以下幾點優勢：

3.1大數據運維，實現設備升級優化

   對于光伏電站不光要考慮到如何建設，更要考慮到建設后的運營與維護問題，建立較優質的運營體系是互聯網智能光伏的較大優勢，互聯網技術能夠利用大數據手段主動進行分析與比對，對所光伏設備的運營狀態設置到較優化的狀態，將低效并且存在隱患的設備區分出來，及時進行隱患隔離，實現光伏電站高效運營。

   另外，互聯網智能光伏電站還能夠將一段時間內的設備數據進行集中采集，對設備在這段時間內的運行效率與故障報修進行對比分析，為接下來時間里設備的設計與運營提供參考。

3.2數據監控，減少人力投入

   我國的光伏電站多是建設在人煙稀少的沙漠地帶，且電站的規模較大，這為日常的設備看守、巡查、檢修都帶來了不少的壓力。尤其是這些偏遠的沙漠地帶，想要長期留住運營人員也是有很大難度，就算是有技術人員能夠長時間駐守，但是由于荒漠環境惡劣，工作人員的日常工作難度和壓力也是可想而知的。

   而互聯網智能光伏電站就能很大程度的解決這一難題，智能光伏電站無需技術人員的每日巡視和維護，只需要在室內對設備的運營狀態進行網絡上實施監控與故障檢測，大大的節省了人力物力的投入，大大降低了運營的成本與難度。

3.3智能診斷故障，提高運維效率

   在普通光伏電站的日常運維中，有時會出現很多工作人員都無法查找到障礙出處和電量大量丟失的狀況，在這種狀況下，光伏電站的運營就可以利用互聯網無線傳輸與GPS等技術實現準確的定位與判斷，對整體設備進行掃描與分析，幫助工作人員及時制定故障解決措施，準確找到電量丟失的原因，盡快排除障礙運營狀態，減少光伏電站的利潤損耗，一次性解決問題。

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

   智能光伏電站作為互聯網技術所涉及的新興領域，由于還有很大技術與經驗的欠缺，所以互聯網智能光伏電站在建設與維護上還存在很大的不穩定性，目前在我國還沒有成熟的經驗和技術參考，存在很大的挑戰性。我們要從國家政策引導、經濟扶助、互聯網技術的研究等多角度出發，攻克互聯網智能光伏電站從前期建設到后期運維的多種難題，最終實現互聯網智能光伏建設的跳躍式發展與進步。

【參考文獻】

[1]韓建云.淺談能源互聯網之智能光伏電站建設于運維[J].電力訊息，2018年11月

[2]黃志．能源互聯網之智能光伏電站建設于運維探討[J].大科技，2017(21)：125

[3]安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2022.05版

作者簡介：

任運業，男，江蘇安科瑞電器制造有限公司，主要從事智能電網供配電相關的研究和應用。