光伏電站運維管理系統(tǒng)的發(fā)展趨勢分析

隨著光伏電站建設(shè)的大規(guī)模開展，光伏管理系統(tǒng)作為光伏電站的運維管理解決方案，將主要圍繞兩大核心目標(biāo)展開：保障發(fā)電量以提升收益，高效運維以降低運維成本 　　一般情況下，第三方商業(yè)公司只要滿足電網(wǎng)規(guī)范的要求，就可以涉入電站的信息采集和實時監(jiān)控領(lǐng)域。但對于某地區(qū)超大規(guī)模的電站，比如超過300MW，發(fā)電業(yè)主可能更傾向于采用在國內(nèi)做過較多大規(guī)模電站交付的監(jiān)控廠商。 　　而光伏行業(yè)不僅涉及到大型地面電站，還存在大量的分布式電站。從實際情況來看，目前國內(nèi)也有很多新的監(jiān)控廠商進入光伏監(jiān)控領(lǐng)域。 　　除了滿足電網(wǎng)要求的信息采集和實時監(jiān)控外，隨著光伏電站建設(shè)的大規(guī)模開展，光伏管理系統(tǒng)作為光伏電站的運維管理解決方案，將主要圍繞兩大核心目標(biāo)展開：保障發(fā)電量以提升收益，高效運維以降低運維成本。 　　為達到以上雙高效的管理目標(biāo)，光伏電站管理系統(tǒng)必須更佳地匹配光伏行業(yè)近幾年的飛速發(fā)展，推出場景適應(yīng)性更強，融合現(xiàn)代數(shù)字信息技術(shù)、通信技術(shù)、大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的新型光伏電站運維解決方案。因此，監(jiān)控系統(tǒng)在如下方面的轉(zhuǎn)變，將可以更好的滿足客戶的需求，在提升運維效率的同時保障發(fā)電量的提升： 　　一、從“單一電力邏輯視圖和設(shè)備平鋪”到“直觀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與電力邏輯多視圖組合” 　　現(xiàn)有的光伏電站監(jiān)控和管理系統(tǒng)前身較多，主流廠商的系統(tǒng)出身于傳統(tǒng)的火電或水電行業(yè)。然而，在管理上，水電、火電包括風(fēng)電等系統(tǒng)與光伏電站的管理存在著較大差異，其中最重要的在于管理數(shù)量。一個中等規(guī)模的30MW左右的光伏電站，涉及到的光伏板、匯流箱、逆變器、箱變等設(shè)備數(shù)會多達十萬以上。如此大數(shù)量的管理對象規(guī)模，通過傳統(tǒng)的以管理數(shù)量少而側(cè)重配電的電力監(jiān)控系統(tǒng)運維，需要比較強的專業(yè)背景和應(yīng)用經(jīng)驗，或者通過廠家多次的培訓(xùn)才足以勝任。 　　由于光伏行業(yè)近幾年飛速的建設(shè)，也有大量的新人才涌入光伏行業(yè)，而這些人對互聯(lián)網(wǎng)是非常熟知的，通過互聯(lián)網(wǎng)式的系統(tǒng)操作體驗設(shè)計與傳統(tǒng)電力設(shè)計人機交互界面相結(jié)合，呈現(xiàn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組織來提升管理效率，將幫助使用者更加便捷地融入運維活動中。 　　二、從“參與分析過程”到“只關(guān)注結(jié)果” 　　沒有任何用戶會持續(xù)觀察各層級數(shù)之不盡的電壓、電流等指標(biāo)數(shù)據(jù)，需要的是結(jié)果的呈現(xiàn)。但結(jié)果依賴于精準(zhǔn)的監(jiān)測、智能化的在線分析，才能實現(xiàn)自動化精準(zhǔn)報缺。 　　如果以逆變器作為監(jiān)測的載體，則集中式逆變器對光伏組串最大功率工作點的跟蹤相對粗獷一些，會忽略組串最大功率點的不一致性，在監(jiān)控和管理上還面臨管理不夠精細的問題，而通過檢測直流匯流箱的每路電壓電流的方式，不僅成本增加，而且檢測精度也達不到要求。 　　而組串式逆變器方案能夠精確監(jiān)測逆變器的每一路組串電流、電壓，數(shù)據(jù)采樣精度達到0.5%以上，用于支撐不同組串之間、不同逆變器之間、不同光伏方陣之間的實時功率的采集和分析，可以及時發(fā)現(xiàn)故障和發(fā)電落后單元。更重要的是實時地直觀地展現(xiàn)給運維人員，從而減少運維的人工參與，將結(jié)果以直觀的方式及時推送。 　　三、從“不可靠、低帶寬”到“高可靠、高帶寬”的方陣內(nèi)組網(wǎng) 　　低成本組建網(wǎng)絡(luò)、高效率看護發(fā)電是光伏電站監(jiān)控組網(wǎng)的最原始訴求，而目前每個光伏方陣內(nèi)部，主要通過RS485方式與逆變器、智能匯流箱、箱變及測控裝置、環(huán)境監(jiān)測儀等通信。隨著總線掛接設(shè)備的數(shù)量和傳輸距離的增加，干擾的影響導(dǎo)致RS485通信方式會出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況。 　　比如，國內(nèi)某大型地面電站首次建設(shè)時，各方陣內(nèi)通訊管理機或數(shù)據(jù)采集器獲取到的下掛智能設(shè)備直通率不足60%，剩余40%以上需要通過硬件排障或軟件調(diào)試等方式聯(lián)調(diào)后才能正常接入監(jiān)控系統(tǒng)。 　　同時，大量的RS485通信線纜的敷設(shè)也需要工程和物料成本的支出，一旦通信異常，查找物理線路做故障定位將變成一項復(fù)雜度很高的活動。 　　為此，在新型電站的建設(shè)上，需要一種更可靠、帶寬更大、維護更便利的通信方式解決各光伏方陣內(nèi)的通信采集問題。由于無論是何種方式、何種地形部署的光伏方陣，電力都需要通過電力線纜進行傳輸，電力線纜無法節(jié)省，于是PLC(Power LineCommunication)電力線載波方式是一種值得研究和推廣的方式。采用PLC通信技術(shù)，主流量產(chǎn)的芯片內(nèi)置逆變器中的方式，支持的帶寬可以達到5Mbps以上，遠高于現(xiàn)有RS485普遍采用的9600bps的通信速率。更大通信帶寬的保障可以大幅降低通信異常率，而傳輸距離最大可達到3000米，滿足光伏方陣內(nèi)的部署要求。同時節(jié)省了RS485通信線纜的部署，排障也將變得更加簡單。 　　四、從“現(xiàn)場問題定位及巡檢”到“遠程全方位協(xié)同” 　　基于4G技術(shù)定制的光伏專用無線高速通信系統(tǒng)，為現(xiàn)場與集控中心專家的無障礙溝通提供了便捷的通道，不僅可以回傳實時的視頻和語音，也可以回傳現(xiàn)場紅外熱成像儀信息，供專家身臨其境的進行問題診斷。降低現(xiàn)場維護人員的技能要求，未來在建設(shè)集控中心之后，遠程集控中心保留住專家人才即可指導(dǎo)現(xiàn)地維護。 　　五、從“廠家定制報表”到“大數(shù)據(jù)分析引擎” 　　對于大型光伏電站的管理，目前已有的生產(chǎn)管理系統(tǒng)主要是通過報表方式去呈現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)分析，而主流廠商的報表以固定格式為主。當(dāng)用戶有多樣化、不同格式的新需求時，則需要找廠家提需求定制。大數(shù)據(jù)分析引擎將能夠很好的解決定制化和靈活性的需求。利用該引擎，可以及時發(fā)現(xiàn)潛在缺陷，進行前瞻性運維。 　　目前數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控的問題以及解決方案 　　現(xiàn)有的光伏電站的信息化程度不足，多數(shù)監(jiān)控數(shù)據(jù)采集上來了，但缺少與生產(chǎn)管理系統(tǒng)的融合，以及與用戶ERP系統(tǒng)的信息共享。這就導(dǎo)致在評估電站時，不能便捷地獲取到存量資產(chǎn)的準(zhǔn)確信息，以及日常運維的開支情況。 　　只有收集全如上信息，在此基礎(chǔ)上做綜合的大數(shù)據(jù)分析，定制化的輸出與財務(wù)、電站業(yè)務(wù)運行相關(guān)的報表，用于支撐評估和交易。并最終通過集控中心的方式，讓業(yè)主和電站買主清晰的看到每個電站的投資、運營的全球戰(zhàn)略地圖，才能更好的評估未來，明明白白地交易，同時電站資產(chǎn)的財務(wù)透明，也有利于電站資產(chǎn)的抵押和融資，利于業(yè)主進一步擴大業(yè)務(wù)規(guī)模。 　　目前數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控的問題： 　　1、監(jiān)控數(shù)據(jù)不可采、不可信。沒有組串監(jiān)控或只有簡單的組串?dāng)?shù)據(jù)采集，監(jiān)控測量精度不高、測量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確； 　　2、通信數(shù)據(jù)上報困難。監(jiān)控數(shù)據(jù)通過RS-485總線上傳，傳輸速率低、通信故障多、誤告警和漏報情況嚴(yán)重。 　　3、故障定位困難。光伏電站組件及節(jié)點數(shù)量巨大，缺乏有效的故障定位手段，故障檢測主要靠人工上站、通過萬用表手工測量比對，故障處理周期長、影響發(fā)電產(chǎn)出，維護效率低、投入人力大； 　　4、電站管理缺乏數(shù)字化手段。監(jiān)控信息簡單采集與呈現(xiàn)，大量數(shù)據(jù)報表通過Excel手工處理，數(shù)據(jù)綜合分析能力差，電站經(jīng)營分析及改進缺乏量化手段，無法實現(xiàn)多電站管理。 　　以華為智能光伏電站解決方案為例，目前智能電站的綜合解決方案，能夠精確監(jiān)測逆變器的每一路組串電流、電壓，用于支撐不同組串之間、不同逆變器之間、不同光伏方陣之間的實時功率的采集和分析，任何的故障和發(fā)電落后單元能夠及時的發(fā)現(xiàn)。更重要的是實時地直觀地展現(xiàn)給運維人員，從而減少運維的人工參與，將結(jié)果以直觀的方式及時推送。 　　其主要具有3個特性： 　　1.全球運維 　　基于云計算的集中運維中心： 　　基于云計算平臺，具備管理數(shù)十GW、數(shù)百電站的數(shù)據(jù)接入能力，支持25年、數(shù)百TB的數(shù)據(jù)存儲，完備的權(quán)限控制和鑒權(quán)機制，保證數(shù)據(jù)安全； 　　支持多電站接入、擴展接入新電站，將位于全國/全球不同位置的多個電站當(dāng)作本地邏輯電站進行管理，分析各電站全年和各月發(fā)電計劃完成情況、運維投入情況，輔助集團領(lǐng)導(dǎo)決策分析； 　　匯總多個電站生產(chǎn)數(shù)據(jù)、融合分析，形成一整套跨電站的KPI指標(biāo)來評估電站的運營情況，評估電站運行健康狀態(tài)，快速找出短板、給出優(yōu)化建議； 　　前后方協(xié)通運維，集團專家可通過語音和實時視頻指導(dǎo)現(xiàn)場工程師處理故障； 　　2.智能運維 　　貫穿電站全生命周期、生產(chǎn)全環(huán)節(jié)的監(jiān)控和管理，真正實現(xiàn)可視、可信、可觀、可控： 　　采用光伏終端及專用App輔助資產(chǎn)快速準(zhǔn)確錄入，記錄全部資產(chǎn)的設(shè)備型號、廠家信息、電氣拓?fù)?、GPS位置信息，對每一塊組件、每一個節(jié)點都做到可管理、可跟蹤、可回溯； 　　光伏電站生產(chǎn)全環(huán)節(jié)的監(jiān)控，準(zhǔn)確掌握從組串、逆變器、匯流箱、箱變、匯集站、升壓變的多維生產(chǎn)狀態(tài)信息，每MW子陣實時監(jiān)測數(shù)據(jù)達到100kbps； 　　采用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，對監(jiān)控數(shù)據(jù)進行匯總分析，給出有針對性的優(yōu)化建議，實現(xiàn)精細化運維、預(yù)防性運維；比如組件清洗建議等。 　　根據(jù)資產(chǎn)的運行情況和維護數(shù)據(jù)，支持對不同批次或不同廠家的設(shè)備評估，給出資產(chǎn)評估報告； 　　3.高效運維 　　從全局到細節(jié)逐層深入的可視化監(jiān)控，可以對電站、區(qū)域、子陣、逆變器及組串的生產(chǎn)運營狀態(tài)進行實時監(jiān)控和顯示，落后部件自動識別； 　　故障精確定位和電站設(shè)備健康檢查，提升故障閉環(huán)效率； 　　以光伏終端和App為核心的新型移動運維，工作票及操作票移動化、電子化； 　　引入無人機技術(shù)，實現(xiàn)大范圍快速巡檢，提升運維效率。