- 技術(shù)文章
基于互聯(lián)網(wǎng)的智能光伏發(fā)電運(yùn)維平臺(tái)的應(yīng)用
2023-05-06 10:20:40 來源：安科瑞陳芳芳
關(guān)鍵詞：互聯(lián)網(wǎng)；光伏發(fā)電；可再生資源；智能運(yùn)維平臺(tái)；光伏運(yùn)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(fā)中成為優(yōu)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(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來，在未來發(fā)展“互聯(lián)網(wǎng)+”智能光伏電站將成為光伏發(fā)電實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新性發(fā)展的大突破口，關(guān)乎未來光伏產(chǎn)業(yè)的延續(xù)與發(fā)展。在日漸信息化、數(shù)字化的時(shí)代，能否將互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)充分利用到光伏能源的開發(fā)與建設(shè)中，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)與光伏產(chǎn)業(yè)的結(jié)合，將成為未來光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新趨勢(shì)、新方向。
1、工程案例
項(xiàng)目名稱：浙能長興地面光伏電站工程造價(jià)：5000萬元，長興電廠光伏安裝工程分廠區(qū)和廠外兩個(gè)區(qū)域，太陽能電池組件29460塊，合計(jì)功率8.38兆瓦，參與項(xiàng)目設(shè)計(jì)管理、設(shè)備采購、安裝施工等。
2、我國光伏電站發(fā)展現(xiàn)狀
多年來，中國的電力能源市場主要以開采容易、價(jià)格低廉的燃?xì)狻⒚禾康炔豢稍偕茉礊橹鳎眠@類能源開發(fā)電力比例可達(dá)發(fā)電總量的60%以上。而水能、風(fēng)能、太陽能等清潔、可再生能源由于其開發(fā)技術(shù)要求高，所需投入的成本較高，而且對(duì)政府政策引導(dǎo)的依賴性很強(qiáng)，光伏產(chǎn)業(yè)基本不在市場的可調(diào)控范圍內(nèi)，缺乏市場活力，所以利用這類能源開發(fā)日常電力資源所占的比例還是十分小的，占全國總發(fā)電量的15%左右。想要大力開發(fā)太陽能為主的光伏發(fā)電，則需要各個(gè)國家在政策、技術(shù)、資金上給予大力的幫扶，促進(jìn)新能源開發(fā)的持續(xù)性發(fā)展。
隨著全球環(huán)境保護(hù)意識(shí)的提升，當(dāng)前各國家和地區(qū)在光伏電站的開發(fā)與建設(shè)上的技術(shù)與水平得到了顯著的提高，這對(duì)于光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展是十分利好的消息，光伏發(fā)電在技術(shù)條件的支撐下，開發(fā)建設(shè)成本明顯下降，全球光伏電站的建設(shè)數(shù)量正呈現(xiàn)逐漸上漲的趨勢(shì)，光伏發(fā)電前景一片光明。據(jù)國際能源署調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，到2050年光伏發(fā)電占全球平均發(fā)電量將上升至16%，光伏發(fā)電將成為國際上較為可靠的電力供應(yīng)渠道之一。
21世紀(jì)前，歐洲主要發(fā)達(dá)國家一直是全球光伏發(fā)電發(fā)展較為先進(jìn)和快速的地區(qū)。根據(jù)歐洲光伏產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)報(bào)告顯示，21世紀(jì)前十年全球的光伏發(fā)電總裝機(jī)量基本維持在40MW，這些光伏發(fā)電的建站地點(diǎn)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(jī)量已經(jīng)上升至100MW，其中歐洲國家占據(jù)總量的70%。隨著世界各國環(huán)境保護(hù)意識(shí)的不斷提升，尤其是亞洲國家對(duì)光伏產(chǎn)業(yè)給予了更多的資金以及政策的引導(dǎo)，而且隨著光伏發(fā)電技術(shù)的不斷進(jìn)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(shè)光伏電站，經(jīng)過一年的發(fā)展，2014年中國就超越了德國等歐洲國家，占領(lǐng)了全球光伏總裝機(jī)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(fā)電市場，年發(fā)電總量占全球光伏發(fā)電市場的8%。光是在2011~2014年3年時(shí)間，中國的光伏電站總量從3300MW增加至了28199MW，3年的時(shí)間增長了將近八倍，并且預(yù)計(jì)到2020年中國將計(jì)劃實(shí)現(xiàn)光伏電站裝機(jī)總量容量達(dá)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(qū)、偏遠(yuǎn)的農(nóng)村地區(qū)，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(dá)1750kWh/m2以上，約一半以上的陸地可以達(dá)到1400~1750kWh/m2，尤其在光照十分充足的青藏地區(qū)、沙漠地區(qū)，如果都裝載光伏發(fā)電設(shè)備，那么隱藏的發(fā)電量將可達(dá)到17TW。
另外，隨著中國政府對(duì)光伏產(chǎn)業(yè)引起高度的重視，對(duì)光伏產(chǎn)業(yè)在政策、資金、技術(shù)上加以引導(dǎo)，中國的光伏生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了全球的領(lǐng)先地位，已經(jīng)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(chǎn)量就已經(jīng)超過10MW，光伏發(fā)電設(shè)備遠(yuǎn)銷海內(nèi)外。全球掌握著太陽能光伏發(fā)電設(shè)備市場近一半生產(chǎn)量的10家企業(yè)，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(lián)網(wǎng)+”智能光伏電站優(yōu)勢(shì)
2018年我國工業(yè)和信息化部、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、交通運(yùn)輸部、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部、國家能源局、國務(wù)：扶貧辦六個(gè)部委共同出臺(tái)葉智能光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃淵2018~2020年冤曳。該計(jì)劃提出，到2020年中國智能光伏的建設(shè)將取得顯著成果，互聯(lián)網(wǎng)加光伏電站將實(shí)現(xiàn)行業(yè)自動(dòng)化、信息化、智能化，光伏電站智能制造技術(shù)與裝備將實(shí)現(xiàn)大突破，智能光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展環(huán)境將實(shí)現(xiàn)不斷優(yōu)化與完善。
“互聯(lián)網(wǎng)+”智能光伏電站的建設(shè)，是在互聯(lián)網(wǎng)與信息化加太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的跨界融合，利用互聯(lián)網(wǎng)與信息化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)光伏電站從建設(shè)到維護(hù)都緊隨大數(shù)據(jù)時(shí)代的創(chuàng)新步伐，*終實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電發(fā)展結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級(jí)，節(jié)約光伏電站從前期建設(shè)到后期維護(hù)的經(jīng)濟(jì)成本與人員投入成本，實(shí)現(xiàn)效益較大化，并且能夠較大限度克服因各種地質(zhì)環(huán)境對(duì)光伏電站所產(chǎn)生的障礙，發(fā)展互聯(lián)網(wǎng)智能光伏電站具有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：
3.1大數(shù)據(jù)運(yùn)維，實(shí)現(xiàn)設(shè)備升級(jí)優(yōu)化
對(duì)于光伏電站不光要考慮到如何建設(shè)，更要考慮到建設(shè)后的運(yùn)營與維護(hù)問題，建立較優(yōu)質(zhì)的運(yùn)營體系是互聯(lián)網(wǎng)智能光伏的較大優(yōu)勢(shì)，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠利用大數(shù)據(jù)手段主動(dòng)進(jìn)行分析與比對(duì)，對(duì)所光伏設(shè)備的運(yùn)營狀態(tài)設(shè)置到較優(yōu)化的狀態(tài)，將低效并且存在隱患的設(shè)備區(qū)分出來，及時(shí)進(jìn)行隱患隔離，實(shí)現(xiàn)光伏電站高效運(yùn)營。
另外，互聯(lián)網(wǎng)智能光伏電站還能夠?qū)⒁欢螘r(shí)間內(nèi)的設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行集中采集，對(duì)設(shè)備在這段時(shí)間內(nèi)的運(yùn)行效率與故障報(bào)修進(jìn)行對(duì)比分析，為接下來時(shí)間里設(shè)備的設(shè)計(jì)與運(yùn)營提供參考。
3.2數(shù)據(jù)監(jiān)控，減少人力投入
我國的光伏電站多是建設(shè)在人煙稀少的沙漠地帶，且電站的規(guī)模較大，這為日常的設(shè)備看守、巡查、檢修都帶來了不少的壓力。尤其是這些偏遠(yuǎn)的沙漠地帶，想要長期留住運(yùn)營人員也是有很大難度，就算是有技術(shù)人員能夠長時(shí)間駐守，但是由于荒漠環(huán)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(lián)網(wǎng)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(shù)人員的每日巡視和維護(hù)，只需要在室內(nèi)對(duì)設(shè)備的運(yùn)營狀態(tài)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)上實(shí)施監(jiān)控與故障檢測(cè)，大大的節(jié)省了人力物力的投入，大大降低了運(yùn)營的成本與難度。
3.3智能診斷故障，提高運(yùn)維效率
在普通光伏電站的日常運(yùn)維中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)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(yùn)營就可以利用互聯(lián)網(wǎng)無線傳輸與GPS等技術(shù)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的定位與判斷，對(duì)整體設(shè)備進(jìn)行掃描與分析，幫助工作人員及時(shí)制定故障解決措施，準(zhǔn)確找到電量丟失的原因，盡快排除障礙運(yùn)營狀態(tài)，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(yùn)維云平臺(tái)介紹
4.1概述
AcrelCloud-1200分布式光伏運(yùn)維云平臺(tái)通過監(jiān)測(cè)光伏站點(diǎn)的逆變器設(shè)備，氣象設(shè)備以及攝像頭設(shè)備、幫助用戶管理分散在各地的光伏站點(diǎn)。主要功能包括：站點(diǎn)監(jiān)測(cè)，逆變器監(jiān)測(cè)，發(fā)電統(tǒng)計(jì)，逆變器一次圖，操作日志，告警信息，環(huán)境監(jiān)測(cè)，設(shè)備檔案，運(yùn)維管理，角色管理。用戶可通過WEB端以及APP端訪問平臺(tái)，及時(shí)掌握光伏發(fā)電效率和發(fā)電收益。
4.2應(yīng)用場所
目前我國的兩種分布式應(yīng)用場景分別是：廣大農(nóng)村屋頂?shù)膽粲霉夥凸ど虡I(yè)企業(yè)屋頂光伏，這兩類分布式光伏電站今年都發(fā)展迅速。
4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
在光伏變電站安裝逆變器、以及多功能電力計(jì)量儀表，通過網(wǎng)關(guān)將采集的數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行集中存儲(chǔ)管理。用戶可以通過PC訪問平臺(tái)，及時(shí)獲取分布式光伏電站的運(yùn)行情況以及各逆變器運(yùn)行狀況。平臺(tái)整體結(jié)構(gòu)如圖所示。
4.4系統(tǒng)功能
AcrelCloud-1200分布式光伏運(yùn)維云平臺(tái)軟件采用B/S架構(gòu)，任何具備權(quán)限的用戶都可以通過WEB瀏覽器根據(jù)權(quán)限范圍監(jiān)視分布在區(qū)域內(nèi)各建筑的光伏電站的運(yùn)行狀態(tài)（如電站地理分布、電站信息、逆變器狀態(tài)、發(fā)電功率曲線、是否并網(wǎng)、當(dāng)前發(fā)電量、總發(fā)電量等信息）。
4.4.1光伏發(fā)電
4.4.1.1綜合看板
●顯示所有光伏電站的數(shù)量，裝機(jī)容量，實(shí)時(shí)發(fā)電功率。
●累計(jì)日、月、年發(fā)電量及發(fā)電收益。
●累計(jì)社會(huì)效益。
●柱狀圖展示月發(fā)電量
4.4.1.2電站狀態(tài)
●電站狀態(tài)展示當(dāng)前光伏電站發(fā)電功率，補(bǔ)貼電價(jià)，峰值功率等基本參數(shù)。
●統(tǒng)計(jì)當(dāng)前光伏電站的日、月、年發(fā)電量及發(fā)電收益。
●攝像頭實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)現(xiàn)場環(huán)境，并且接入輻照度、溫濕度、風(fēng)速等環(huán)境參數(shù)。
●顯示當(dāng)前光伏電站逆變器接入數(shù)量及基本參數(shù)。
4.4.1.3逆變器狀態(tài)
●逆變器基本參數(shù)顯示。
●日、月、年發(fā)電量及發(fā)電收益顯示。
●通過曲線圖顯示逆變器功率、環(huán)境輻照度曲線。
●直流側(cè)電壓電流查詢。
●交流電壓、電流、有功功率、頻率、功率因數(shù)查詢。
4.4.1.4電站發(fā)電統(tǒng)計(jì)
●展示所選電站的時(shí)、日、月、年發(fā)電量統(tǒng)計(jì)報(bào)表。
4.4.1.5逆變器發(fā)電統(tǒng)計(jì)
●展示所選逆變器的時(shí)、日、月、年發(fā)電量統(tǒng)計(jì)報(bào)表
4.4.1.6配電圖
●實(shí)時(shí)展示逆變器交、直流側(cè)的數(shù)據(jù)。
●展示當(dāng)前逆變器接入組件數(shù)量。
●展示當(dāng)前輻照度、溫濕度、風(fēng)速等環(huán)境參數(shù)。
●展示逆變器型號(hào)及廠商。
4.4.1.7逆變器曲線分析
●展示交、直流側(cè)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(shí)間、內(nèi)容、發(fā)送結(jié)果、回復(fù)等。
●平臺(tái)運(yùn)行日志：查看儀表、網(wǎng)關(guān)離線狀況。
●報(bào)警信息：將報(bào)警分進(jìn)行分級(jí)處理，記錄報(bào)警內(nèi)容，發(fā)生時(shí)間以及確認(rèn)狀態(tài)。
4.4.3運(yùn)行環(huán)境
●視頻監(jiān)控：通過安裝在現(xiàn)場的視頻攝像頭，可以實(shí)時(shí)監(jiān)視光伏站運(yùn)行情況。對(duì)于有硬件條件的攝像頭，還支持錄像回放以及云臺(tái)控制功能。
4.5系統(tǒng)硬件配置
4.5.1交流220V并網(wǎng)
交流220V并網(wǎng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)多用于居民屋頂光伏發(fā)電，裝機(jī)功率在8kW左右。
部分小型光伏電站為自發(fā)自用，余電不上網(wǎng)模式，這種類型的光伏電站需要安裝防逆流保護(hù)裝置，避免往電網(wǎng)輸送電能。光伏電站規(guī)模較小，而且比較分散，對(duì)于光伏電站的管理者來說，通過云平臺(tái)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(wǎng)
根據(jù)國家電網(wǎng)Q/GDW1480-2015《分布式電源接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》，8kW~400kW可380V并網(wǎng)，超出400kW的光伏電站視情況也可以采用多點(diǎn)380V并網(wǎng)，以當(dāng)?shù)仉娏Σ块T的審批意見為準(zhǔn)。這類分布式光伏多為工商業(yè)企業(yè)屋頂光伏，自發(fā)自用，余電上網(wǎng)。分布式光伏接入配電網(wǎng)前，應(yīng)明確計(jì)量點(diǎn)，計(jì)量點(diǎn)設(shè)置除應(yīng)考慮產(chǎn)權(quán)分界點(diǎn)外，還應(yīng)考慮分布式電源出口與用戶自用電線路處。每個(gè)計(jì)量點(diǎn)均應(yīng)裝設(shè)雙向電能計(jì)量裝置，其設(shè)備配置和技術(shù)要求符合DL/T448的相關(guān)規(guī)定，以及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程要求。電能表采用智能電能表，技術(shù)性能應(yīng)滿足國家電網(wǎng)公司關(guān)于智能電能表的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。用于結(jié)算和考核的分布式電源計(jì)量裝置，應(yīng)安裝采集設(shè)備，接入用電信息采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)用電信息的遠(yuǎn)程自動(dòng)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(yè)380V電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)自發(fā)自用，余電上網(wǎng)。在380V并網(wǎng)點(diǎn)前需要安裝計(jì)量電表用于計(jì)量光伏發(fā)電量，同時(shí)在企業(yè)電網(wǎng)和公共電網(wǎng)連接處也需要安裝雙向計(jì)量電表，用于計(jì)量企業(yè)上網(wǎng)電量，數(shù)據(jù)均應(yīng)上傳供電部門用電信息采集系統(tǒng)，用于光伏發(fā)電補(bǔ)貼和上網(wǎng)電量結(jié)算。
部分光伏電站并網(wǎng)點(diǎn)需要監(jiān)測(cè)并網(wǎng)點(diǎn)電能質(zhì)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(dú)的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置。部分光伏電站為自發(fā)自用，余電不上網(wǎng)模式，這種類型的光伏電站需要安裝防逆流保護(hù)裝置，避免往電網(wǎng)輸送電能，系統(tǒng)圖如下。
這種并網(wǎng)模式單體光伏電站規(guī)模適中，可通過云平臺(tái)采用光伏發(fā)電數(shù)據(jù)和儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，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(wǎng)
根據(jù)《國家能源局關(guān)于2019年風(fēng)電、光伏發(fā)電項(xiàng)目建設(shè)有關(guān)事項(xiàng)通知》（國發(fā)新能〔2019〕49號(hào)），對(duì)于需要國家補(bǔ)貼的新建工商業(yè)分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目，需要滿足單點(diǎn)并網(wǎng)裝機(jī)容量小于6兆瓦且為非戶用的要求，支持在符合電網(wǎng)運(yùn)行安全技術(shù)要求的前提下，通過內(nèi)部多點(diǎn)接入配電系統(tǒng)。
此類分布式光伏裝機(jī)容量一般比較大，需要通過升壓變壓器升壓后接入電網(wǎng)。由于裝機(jī)容量較大，可能對(duì)公共電網(wǎng)造成比較大的干擾，因此供電部門對(duì)于此規(guī)模的分布式光伏電站穩(wěn)控系統(tǒng)、電能質(zhì)量以及和調(diào)度的通信要求都比較高。
光伏電站并網(wǎng)點(diǎn)需要監(jiān)測(cè)并網(wǎng)點(diǎn)電能質(zhì)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(dú)的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置。
上圖為一個(gè)1MW分布式光伏電站的示意圖，光伏陣列接入光伏匯流箱，經(jīng)過直流柜匯流后接入集中式逆變器(直流柜根據(jù)情況可不設(shè)置)，*后經(jīng)過升壓變壓器升壓至10kV或35kV后并入中壓電網(wǎng)。由于光伏電站裝機(jī)容量比較大，涉及到的保護(hù)和測(cè)控設(shè)備比較多，主要如下表：
5、結(jié)語
智能光伏電站作為互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)所涉及的新興領(lǐng)域，由于還有很大技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)的欠缺，所以互聯(lián)網(wǎng)智能光伏電站在建設(shè)與維護(hù)上還存在很大的不穩(wěn)定性，目前在我國還沒有成熟的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)參考，存在很大的挑戰(zhàn)性。我們要從國家政策引導(dǎo)、經(jīng)濟(jì)扶助、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研究等多角度出發(fā)，攻克互聯(lián)網(wǎng)智能光伏電站從前期建設(shè)到后期運(yùn)維的多種難題，*終實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)智能光伏建設(shè)的跳躍式發(fā)展與進(jìn)步。
【參考文獻(xiàn)】
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[2]黃志．能源互聯(lián)網(wǎng)之智能光伏電站建設(shè)于運(yùn)維探討[J].大科技，2017(21)：125
[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2022.05版
作者簡介：
陳芳芳，女，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要從事智能電網(wǎng)供配電相關(guān)的研究和應(yīng)用
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