光伏发电智慧集控平台研究

光伏发电智慧集控平台研究

陈高敏 ,柳宇甡

水发兴业能源（珠海）有限公司 广东珠海  519000

摘 要：本研究以一套集控平台为基础，通过数据采集、传输、诊断、分析、数据追溯等方式实现能源电站数字化管控，其中集控平台框架-集控平台采用合作开发，开发完成后以此为基础对集控平台进行智能化及智慧化自主研发升级。主要针对如何实现平台全面反应现场实际运行状况，实时监测、会诊、追溯等分析故障及掌控运维人员响应解决故障的速度、自动分析电站潜在风险及给出提升发电量方案等功能进行深入研究。

关键词：集控；智慧；平台；追溯；会诊；专家；智慧库

一、引言

随着行业发展，新能源在运装机容量快速增长，行业发展已经从重规模、重速度开始向重效益、重质量发展。得益于信息技术的高速发展和应用普及，为进一步适应国家支持政策的转变，新能源行业逐步开始探索生产管理信息化的发展道路，旨在利用信息技术手段解决生产管理过程中的诸多问题，实现降本增效的目标。

国内大部分建设的新能源场站位置分散，管理缺少信息化抓手，为适应集团快速发展及实现智能化运维监管，本项目拟在引进先进集控平台的基础上通过数字化手段，利用大数据分析及追溯技术，对电站故障及发电量诊断技术进行创新研发，打造一个具备专家智慧库功能的新能源智慧运营平台，以提升资产利用率、提高运维工作效率。

二、国内外相关技术发展现状

1、国内外集控平台现状

随着国家数字化转型的发布和实施，各行各业在寻求新的运营模式，对于国内大部分企业，数字化的提升帮助他们提高了管理效率和降低了生产维护成本。对于新能源领域的电站运维来说，实现电站的数值化管理，具有举足轻重作用。首先标准化接入场站数据，实现设备运行状态监视、设备故障告警、运行指标监视等，实现数据流、业务流贯通，实现集中管理模式；在完成智慧运营基础应用的基础上，将数据资产作为集团公司数字化建设的基础核心要素，实现数据标准化汇集管理与共享，数据资源横向集成、纵向贯通，提供基于大数据的智能联动、故障预警、风险防控、决策分析等高级智慧应用的支撑能力。

图1: 集控平台架构

如图1所示，国内外平台处于一个相对半智能化状况，离智慧化还有很长的一段距离，目前各平台分析预报故障能力不足，只是对已出现的故障和设备本身预警的故障进行报警，无法实现对数据级的会诊给予预警。本次课题将首次应用专家智慧库功能，实现数据级的会诊，在电站运行中实时发现潜在的故障或运行不良等状况。

2、国内外运维现状

目前国内基本处于少人运维的状况，部分运维公司实现了集控中心，但仅仅是具备了发电量及数据显示，一些关键故障报警功能，具备少量数据分析和故障提示功能，并不具备大数据分析故障原因及故障追溯能力，观赏性多于技术分析。

国内外运维趋势图，如图2所示：

图2: 国内外运维趋势

如今市面上可见的智慧集控，实际上技术仍处在集控运维范畴，并未脱离人工干预，采用的运维方式多为人工或人工操控无人机巡检，想要完全实现智慧平台下单，由无人机自主巡查，并具备自主充电等能力，还有较多的技术难关需攻克。

拥有一个智慧大脑的智慧平台是未来行业技术必然的发展趋势，如何打造智慧大脑，也是亟需深入探索的方向。

需打造专家智慧库作为智慧监控和智慧集控平台的核心大脑，同时植入无人机巡航路径库及设备巡查立面坐标库等，为后续无人机自主运维提供接口。

三、智慧平台探索方向

1、智慧监控：将实现数据的实时展示，当出现异常时能快速锁定问题场所及展示故障信息及出具解决方案并进行下单：

例：

故障信息：---逆变器8#直流支路电流偏低（非设备故障信息）

由专家巡诊方式检取 由专家原因库获取 由专家解决方案库获取

：

…………

图3: 智慧监控流程图

2、智慧集控：云平台按数据模型进行数据甄别和对比，现场由无人机/定点监控摄像头进行例行巡检和有针对性巡查，将检测视觉结果转换为数据，传输至智慧平台，由平台结合运行数据和视觉数据进行分析，最终锁定故障或预测故障。简单故障或高危工作可由机器人完成，超出人工智能范围的由人完成。

例：

故障信息：---逆变器8#直流支路电流偏低（非设备故障信息）

由专家巡诊方式检取 由专家原因库获取 由专家解决方案库获取

：

由专家视觉库进行信息比对 由专家基础库获取

…………

图4: 智慧集控流程图

四、智慧平台实施研究

某集团自持有电站约48个，遍布大江南北，缺少信息管理，无法准确掌握电站运行状况和维护状况，各电站故障率达3%，发电量损失达5%以上。针对上述情况，我们通过先进集中管控平台，实现能源电站数字化监控，并以此为基础对平台进行智能化及智慧化研发升级。主要研究内容包括：

1、智慧电站平台：实现对光伏、风电等能源场站集中监管

图5: 集控平台拓扑图

通过对接入逆变器、变流器、汇流箱、箱变保护测控装置、环境监测仪和电度表等数据采集、监测、分析、预警，使得智慧中心人员从全局到细节准确把控整个电站设备运行状态，保证光伏发电矩阵、风机机组的发电稳定运行。

通过运维平台指导一线人员做好运行维保、资产管理、远程协同等运维工作，优化人员配置，提升运维水平，实现电站智慧管理。

2、开发储能及其他新能源界面实现能源数据接入

在原智慧平台基础上开发出储能界面，将集团储能电站接入平台，针对不同储能电站研究不同的策略方案，建立储能策略管理模块，将各建站储能系统按调度要求进行直接管控和调节，例如：某光储电站100MWh储能系统，光伏发电电价和储能电价一样，由于当地电网对储能调控机制还未健全，对储能充放电量并无严格的考核要求，在冬季时因其它电站发电不足，要求在夜间输出一定的电量。针对此种情况，制定4~5种策略：

当能源侧售电价格与储能售电价格一致时，当电网允许电站满送出电量，在春夏秋季将储能系统的充电量充至50%备用，不再进行储能充放电，由能源侧直接上网送电；

当能源侧售电价格与储能售电价格一致时，当电网只允许电站满送出80%电量（此比值可做调节），在春夏秋季将储能系统的充电量充至50%+20%（此比值可做调节）电站电量，在白天由能源侧直接上网送电80%（此比值可做调节），在夜间放出白天充入的20%（此比值可做调节）电量；

当能源侧售电价格与储能售电价格一致时，当电网只允许电站夜间送电时，在春夏秋季将储能系统的充电量充至100%电站电量，在白天将能源侧全部充电至储能，并调节能源侧发电量和储能侧充电量，在夜间放出储能全部电量；

当能源侧售电价格与储能售电价格一致时，当电网允许电站满送出电量/当电网只允许电站满送出80%电量/当电网只允许电站夜间送电时，在冬季时将储能系统的充电量充至100%电站电量，在白天将能源侧保持储能充电至100%，其它电量上送电网，在夜间由调度控制放出储能系统全部电量；

当能源侧售电价格低于储能售电价格时/当能源侧售电价格高于储能售电价格时执行相应其它策略。

3、专家智慧库系统

建立专家智慧库模型，能快速检测出系统即将存在的故障以及发生的故障，并对故障进行追溯。同时具备生成故障原因并出具解决方案以及方案解决流程示意，根据接口模块判断，若存在无人机巡检系统则安排无人机进行检测，若不存在无人机系统则直接出具人工巡检单。

图6: 专家智慧库拓扑图

五、经济效益分析

智慧集控平台的建设，可有力地促进各公司对新能源电站业务的智能化运维改造，解决目前面临的运维痛点和难题，提高运维效率和质量，节约运维成本，减少电量损失。

1）、管理人员前置于智慧平台，每个电站可减少2~3个人，每年节省工资16万，按24个电站计算（共48个电站含分布式），每年可节省384万；

2）、通过智慧平台大数据分析，可实现对即将发生的故障预警，提前解决故障，使每年发电量损失减少约5%（据统计每年电站设备故障率在2%左右，再加上不易发现的遮挡、组串短路、组串虚接断路等提前预测解决）；

3）、通过智慧平台智能分析系统和追溯功能可准确锁定故障位置，减少人工查找故障时间，运维效率提高30%（一般电站检查时间占30%，维修时间占70%）。

六、结论

光伏发电智慧平台的建设，将有助于电站运维工作的部署，特别是提高发电量监测分析水平，促进电站工作的科学化、规范化。管控智慧平台的建设不仅可以服务于本公司电站，亦可以有效服务相关行业、企业和公众，为行业提供经验数据、企业提高能源管控利用效率、公众提高维护能力提供有力保障。

参考文献

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