基于互聯(lián)網(wǎng)的智能光伏發(fā)電運維平臺的應用

摘要：隨著(zhù)全球人口的不斷增長(cháng)，社會(huì )的不斷發(fā)展與進(jìn)步，人們日常生活與生產(chǎn)活動(dòng)所需要耗費的自然資源已經(jīng)即將超過(guò)了地球自身的負荷，尤其是石油、煤炭、森林等不可再生資源，而且這種狀況還可能隨著(zhù)人口數量的日漸增長(cháng)與社會(huì )發(fā)展的消耗而變得越發(fā)明顯與嚴重，人類(lèi)發(fā)展與自然環(huán)境間的矛盾將會(huì )更加劍拔弩張。所以，為解決當前資源緊缺的現狀，實(shí)現人與自然的可持續發(fā)展，大力發(fā)展可再生、清潔能源就顯得尤為重要，是未來(lái)環(huán)境保護的重中之重。

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電；光伏運維云平臺；防逆流裝置；電能質(zhì)量監測；直流電表

   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(lái)的新能源開(kāi)發(fā)中成為優(yōu)選的新能源，太陽(yáng)能資源將以其無(wú)盡開(kāi)采、無(wú)污染等特性成為未來(lái)其他非可再生、污染性能源的替代品，在未來(lái)將得到全球各國的重視。

   而且隨著(zhù)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，大數據時(shí)代的到來(lái)，在未來(lái)發(fā)展“互聯(lián)網(wǎng)+”智能光伏電站將成為光伏發(fā)電實(shí)現創(chuàng )新性發(fā)展的大突破口，關(guān)乎未來(lái)光伏產(chǎn)業(yè)的延續與發(fā)展。在日漸信息化、數字化的時(shí)代，能否將互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)充分利用到光伏能源的開(kāi)發(fā)與建設中，實(shí)現互聯(lián)網(wǎng)與光伏產(chǎn)業(yè)的結合，將成為未來(lái)光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新趨勢、新方向。

1、工程案例

   項目名稱(chēng)：浙能長(cháng)興地面光伏電站工程造價(jià)：5000萬(wàn)元，長(cháng)興電廠(chǎng)光伏安裝工程分廠(chǎng)區和廠(chǎng)外兩個(gè)區域，太陽(yáng)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(fā)展現狀

   多年來(lái)，中國的電力能源市場(chǎng)主要以開(kāi)采容易、價(jià)格低廉的燃氣、煤炭等不可再生能源為主，利用這類(lèi)能源開(kāi)發(fā)電力比例可達發(fā)電總量的60%以上。而水能、風(fēng)能、太陽(yáng)能等清潔、可再生能源由于其開(kāi)發(fā)技術(shù)要求高，所需投入的成本較高，而且對政府政策引導的依賴(lài)性很強，光伏產(chǎn)業(yè)基本不在市場(chǎng)的可調控范圍內，缺乏市場(chǎng)活力，所以利用這類(lèi)能源開(kāi)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(kāi)發(fā)太陽(yáng)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(kāi)發(fā)的持續性發(fā)展。

   隨著(zhù)全球環(huán)境保護意識的提升，當前各國家和地區在光伏電站的開(kāi)發(fā)與建設上的技術(shù)與水平得到了顯著(zhù)的提高，這對于光伏產(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(kāi)發(fā)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(fā)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(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渠道之一。

          21世紀前，歐洲主要發(fā)達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。根據歐洲光伏產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì )報告顯示，21世紀前十年全球的光伏發(fā)電總裝機量基本維持在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，全球光伏總裝機量已經(jīng)上升至100MW，其中歐洲國家占據總量的70%。隨著(zhù)世界各國環(huán)境保護意識的不斷提升，尤其是亞洲國家對光伏產(chǎn)業(yè)給予了更多的資金以及政策的引導，而且隨著(zhù)光伏發(fā)電技術(shù)的不斷進(jìn)步與完善，2013年以來(lái)，以中國為首的亞洲國家開(kāi)始大范圍建設光伏電站，經(jīng)過(guò)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(chǎng)，年發(fā)電總量占全球光伏發(fā)電市場(chǎng)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(cháng)了將近八倍，并且預計到2020年中國將計劃實(shí)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(lèi)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(yáng)能資源。有17%以上的陸地可以接收的陽(yáng)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(fā)電設備，那么隱藏的發(fā)電量將可達到17TW。

   另外，隨著(zhù)中國政府對光伏產(chǎn)業(yè)引起高度的重視，對光伏產(chǎn)業(yè)在政策、資金、技術(shù)上加以引導，中國的光伏生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)達到了全球的領(lǐng)先地位，已經(jīng)成為全球大的太陽(yáng)能板淵電池冤的制造商，在2010年太陽(yáng)能板的生產(chǎn)量就已經(jīng)超過(guò)10MW，光伏發(fā)電設備遠銷(xiāo)海內外。全球掌握著(zhù)太陽(yáng)能光伏發(fā)電設備市場(chǎng)近一半生產(chǎn)量的10家龍頭企業(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

          2018年我國工業(yè)和信息化部、住房和城鄉建設部、交通運輸部、農業(yè)農村部、國家能源局、國務(wù)：扶貧辦六個(gè)部委共同出臺葉智能光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)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(zhù)成果，互聯(lián)網(wǎng)加光伏電站將實(shí)現行業(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)現大突破，智能光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展環(huán)境將實(shí)現不斷優(yōu)化與完善。

   “互聯(lián)網(wǎng)+”智能光伏電站的建設，是在互聯(lián)網(wǎng)與信息化加太陽(yáng)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)現光伏電站從建設到維護都緊隨大數據時(shí)代的創(chuàng )新步伐，最終實(shí)現光伏發(fā)電發(fā)展結構的優(yōu)化升級，節約光伏電站從前期建設到后期維護的經(jīng)濟成本與人員投入成本，實(shí)現效益較大化，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：

3.1大數據運維，實(shí)現設備升級優(yōu)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(yíng)與維護問(wèn)題，建立較優(yōu)質(zhì)的運營(yíng)體系是互聯(lián)網(wǎng)智能光伏的較大優(yōu)勢，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠利用大數據手段主動(dòng)進(jìn)行分析與比對，對所光伏設備的運營(yíng)狀態(tài)設置到較優(yōu)化的狀態(tài)，將低效并且存在隱患的設備區分出來(lái)，及時(shí)進(jìn)行隱患隔離，實(shí)現光伏電站高效運營(yíng)。

   另外，互聯(lián)網(wǎng)智能光伏電站還能夠將一段時(shí)間內的設備數據進(jìn)行集中采集，對設備在這段時(shí)間內的運行效率與故障報修進(jìn)行對比分析，為接下來(lái)時(shí)間里設備的設計與運營(yíng)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(lái)了不少的壓力。尤其是這些偏遠的沙漠地帶，想要長(cháng)期留住運營(yíng)人員也是有很大難度，就算是有技術(shù)人員能夠長(cháng)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(wú)需技術(shù)人員的每日巡視和維護，只需要在室內對設備的運營(yíng)狀態(tài)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )上實(shí)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(yíng)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(shí)會(huì )出現很多工作人員都無(wú)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(yíng)就可以利用互聯(lián)網(wǎng)無(wú)線(xiàn)傳輸與GPS等技術(shù)實(shí)現準確的定位與判斷，對整體設備進(jìn)行掃描與分析，幫助工作人員及時(shí)制定故障解決措施，準確找到電量丟失的原因，盡快排除障礙運營(yíng)狀態(tài)，減少光伏電站的利潤損耗，一次性解決問(wèn)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(guò)監測光伏站點(diǎn)的逆變器設備，氣象設備以及攝像頭設備、幫助用戶(hù)管理分散在各地的光伏站點(diǎn)。主要功能包括：站點(diǎn)監測，逆變器監測，發(fā)電統計，逆變器一次圖，操作日志，告警信息，環(huán)境監測，設備檔案，運維管理，角色管理。用戶(hù)可通過(guò)WEB端以及APP端訪(fǎng)問(wèn)平臺，及時(shí)掌握光伏發(fā)電效率和發(fā)電收益。

4.2應用場(chǎng)所

   目前我國的兩種分布式應用場(chǎng)景分別是：廣大農村屋頂的戶(hù)用光伏和工商業(yè)企業(yè)屋頂光伏，這兩類(lèi)分布式光伏電站今年都發(fā)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?jì)x表，通過(guò)網(wǎng)關(guān)將采集的數據上傳至服務(wù)器，并將數據進(jìn)行集中存儲管理。用戶(hù)可以通過(guò)PC訪(fǎng)問(wèn)平臺，及時(shí)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(hù)都可以通過(guò)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(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(xiàn)、是否并網(wǎng)、當前發(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量，裝機容量，實(shí)時(shí)發(fā)電功率。

●累計日、月、年發(fā)電量及發(fā)電收益。

●累計社會(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)展示當前光伏電站發(fā)電功率，補貼電價(jià)，峰值功率等基本參數。

●統計當前光伏電站的日、月、年發(fā)電量及發(fā)電收益。

●攝像頭實(shí)時(shí)監測現場(chǎng)環(huán)境，并且接入輻照度、溫濕度、風(fēng)速等環(huán)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(tài)

●逆變器基本參數顯示。

●日、月、年發(fā)電量及發(fā)電收益顯示。

●通過(guò)曲線(xiàn)圖顯示逆變器功率、環(huán)境輻照度曲線(xiàn)。

●直流側電壓電流查詢(xún)。

●交流電壓、電流、有功功率、頻率、功率因數查詢(xún)。

4.4.1.4電站發(fā)電統計

●展示所選電站的時(shí)、日、月、年發(fā)電量統計報表。

4.4.1.5逆變器發(fā)電統計

●展示所選逆變器的時(shí)、日、月、年發(fā)電量統計報表

4.4.1.6配電圖

●實(shí)時(shí)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(fēng)速等環(huán)境參數。

●展示逆變器型號及廠(chǎng)商。

4.4.1.7逆變器曲線(xiàn)分析

●展示交、直流側電壓、功率、輻照度、溫度曲線(xiàn)。

4.4.2事件記錄

●操作日志：用戶(hù)登錄情況查詢(xún)。

●****日志：查詢(xún)****推送時(shí)間、內容、發(fā)送結果、回復等。

●平臺運行日志：查看儀表、網(wǎng)關(guān)離線(xiàn)狀況。

●報警信息：將報警分進(jìn)行分級處理，記錄報警內容，發(fā)生時(shí)間以及確認狀態(tài)。

4.4.3運行環(huán)境

●視頻監控：通過(guò)安裝在現場(chǎng)的視頻攝像頭，可以實(shí)時(shí)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(wǎng)

   交流220V并網(wǎng)的光伏發(fā)電系統多用于居民屋頂光伏發(fā)電，裝機功率在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(lèi)型的光伏電站需要安裝防逆流保護裝置，避免往電網(wǎng)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(lái)說(shuō)，通過(guò)云平臺來(lái)管理此類(lèi)光伏電站非常有必要，安科瑞在這類(lèi)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)

   根據國家電網(wǎng)Q/GDW1480-2015《分布式電源接入電網(wǎng)技術(shù)規定》，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)，以當地電力部門(mén)的審批意見(jiàn)為準。這類(lèi)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，應明確計量點(diǎn)，計量點(diǎn)設置除應考慮產(chǎn)權分界點(diǎn)外，還應考慮分布式電源出口與用戶(hù)自用電線(xiàn)路處。每個(gè)計量點(diǎn)均應裝設雙向電能計量裝置，其設備配置和技術(shù)要求符合DL/T448的相關(guān)規定，以及相關(guān)標準、規程要求。電能表采用智能電能表，技術(shù)性能應滿(mǎn)足國家電網(wǎng)公司關(guān)于智能電能表的相關(guān)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(shí)現用電信息的遠程自動(dòng)采集。

   光伏陣列接入組串式光伏逆變器，或者通過(guò)匯流箱接入逆變器，然后接入企業(yè)380V電網(wǎng)，實(shí)現自發(fā)自用，余電上網(wǎng)。在380V并網(wǎng)點(diǎn)前需要安裝計量電表用于計量光伏發(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量電表，用于計量企業(yè)上網(wǎng)電量，數據均應上傳供電部門(mén)用電信息采集系統，用于光伏發(fā)電補貼和上網(wǎng)電量結算。

   部分光伏電站并網(wǎng)點(diǎn)需要監測并網(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，需要安裝單獨的電能質(zhì)量監測裝置。部分光伏電站為自發(fā)自用，余電不上網(wǎng)模式，這種類(lèi)型的光伏電站需要安裝防逆流保護裝置，避免往電網(wǎng)輸送電能，系統圖如下。

   這種并網(wǎng)模式單體光伏電站規模適中，可通過(guò)云平臺采用光伏發(fā)電數據和儲能系統運行數據，安科瑞在這類(lèi)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《國家能源局關(guān)于2019年風(fēng)電、光伏發(fā)電項目建設有關(guān)事項通知》（國發(fā)新能〔2019〕49號），對于需要國家補貼的新建工商業(yè)分布式光伏發(fā)電項目，需要滿(mǎn)足單點(diǎn)并網(wǎng)裝機容量小于6兆瓦且為非戶(hù)用的要求，支持在符合電網(wǎng)運行安全技術(shù)要求的前提下，通過(guò)內部多點(diǎn)接入配電系統。

   此類(lèi)分布式光伏裝機容量一般比較大，需要通過(guò)升壓變壓器升壓后接入電網(wǎng)。由于裝機容量較大，可能對公共電網(wǎng)造成比較大的干擾，因此供電部門(mén)對于此規模的分布式光伏電站穩控系統、電能質(zhì)量以及和調度的通信要求都比較高。

   光伏電站并網(wǎng)點(diǎn)需要監測并網(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，需要安裝單獨的電能質(zhì)量監測裝置。

   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(guò)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(jīng)過(guò)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(yǔ)

   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)驗的欠缺，所以互聯(lián)網(wǎng)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(méi)有成熟的經(jīng)驗和技術(shù)參考，存在很大的挑戰性。我們要從國家政策引導、經(jīng)濟扶助、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到后期運維的多種難題，最終實(shí)現互聯(lián)網(wǎng)智能光伏建設的跳躍式發(fā)展與進(jìn)步。

【參考文獻】

[1]韓建云.淺談能源互聯(lián)網(wǎng)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(lián)網(wǎng)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(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022.05版

安科瑞唐曉娟13774431042