光伏电站运维管理系统的发展趋势分析

随着光伏电站建设的大规模开展，光伏管理系统作为光伏电站的运维管理解决方案，将主要围绕两大核心目标展开：保障发电量以提升收益，高效运维以降低运维成本 　　一般情况下，第三方商业公司只要满足电网规范的要求，就可以涉入电站的信息采集和实时监控领域。但对于某地区超大规模的电站，比如超过300MW，发电业主可能更倾向于采用在国内做过较多大规模电站交付的监控厂商。 　　而光伏行业不仅涉及到大型地面电站，还存在大量的分布式电站。从实际情况来看，目前国内也有很多新的监控厂商进入光伏监控领域。 　　除了满足电网要求的信息采集和实时监控外，随着光伏电站建设的大规模开展，光伏管理系统作为光伏电站的运维管理解决方案，将主要围绕两大核心目标展开：保障发电量以提升收益，高效运维以降低运维成本。 　　为达到以上双高效的管理目标，光伏电站管理系统必须更佳地匹配光伏行业近几年的飞速发展，推出场景适应性更强，融合现代数字信息技术、通信技术、大数据挖掘技术的新型光伏电站运维解决方案。因此，监控系统在如下方面的转变，将可以更好的满足客户的需求，在提升运维效率的同时保障发电量的提升： 　　一、从“单一电力逻辑视图和设备平铺”到“直观拓扑结构与电力逻辑多视图组合” 　　现有的光伏电站监控和管理系统前身较多，主流厂商的系统出身于传统的火电或水电行业。然而，在管理上，水电、火电包括风电等系统与光伏电站的管理存在着较大差异，其中最重要的在于管理数量。一个中等规模的30MW左右的光伏电站，涉及到的光伏板、汇流箱、逆变器、箱变等设备数会多达十万以上。如此大数量的管理对象规模，通过传统的以管理数量少而侧重配电的电力监控系统运维，需要比较强的专业背景和应用经验，或者通过厂家多次的培训才足以胜任。 　　由于光伏行业近几年飞速的建设，也有大量的新人才涌入光伏行业，而这些人对互联网是非常熟知的，通过互联网式的系统操作体验设计与传统电力设计人机交互界面相结合，呈现拓扑结构组织来提升管理效率，将帮助使用者更加便捷地融入运维活动中。 　　二、从“参与分析过程”到“只关注结果” 　　没有任何用户会持续观察各层级数之不尽的电压、电流等指标数据，需要的是结果的呈现。但结果依赖于精准的监测、智能化的在线分析，才能实现自动化精准报缺。 　　如果以逆变器作为监测的载体，则集中式逆变器对光伏组串最大功率工作点的跟踪相对粗犷一些，会忽略组串最大功率点的不一致性，在监控和管理上还面临管理不够精细的问题，而通过检测直流汇流箱的每路电压电流的方式，不仅成本增加，而且检测精度也达不到要求。 　　而组串式逆变器方案能够精确监测逆变器的每一路组串电流、电压，数据采样精度达到0.5%以上，用于支撑不同组串之间、不同逆变器之间、不同光伏方阵之间的实时功率的采集和分析，可以及时发现故障和发电落后单元。更重要的是实时地直观地展现给运维人员，从而减少运维的人工参与，将结果以直观的方式及时推送。 　　三、从“不可靠、低带宽”到“高可靠、高带宽”的方阵内组网 　　低成本组建网络、高效率看护发电是光伏电站监控组网的最原始诉求，而目前每个光伏方阵内部，主要通过RS485方式与逆变器、智能汇流箱、箱变及测控装置、环境监测仪等通信。随着总线挂接设备的数量和传输距离的增加，干扰的影响导致RS485通信方式会出现不稳定的情况。 　　比如，国内某大型地面电站首次建设时，各方阵内通讯管理机或数据采集器获取到的下挂智能设备直通率不足60%，剩余40%以上需要通过硬件排障或软件调试等方式联调后才能正常接入监控系统。 　　同时，大量的RS485通信线缆的敷设也需要工程和物料成本的支出，一旦通信异常，查找物理线路做故障定位将变成一项复杂度很高的活动。 　　为此，在新型电站的建设上，需要一种更可靠、带宽更大、维护更便利的通信方式解决各光伏方阵内的通信采集问题。由于无论是何种方式、何种地形部署的光伏方阵，电力都需要通过电力线缆进行传输，电力线缆无法节省，于是PLC(Power LineCommunication)电力线载波方式是一种值得研究和推广的方式。采用PLC通信技术，主流量产的芯片内置逆变器中的方式，支持的带宽可以达到5Mbps以上，远高于现有RS485普遍采用的9600bps的通信速率。更大通信带宽的保障可以大幅降低通信异常率，而传输距离最大可达到3000米，满足光伏方阵内的部署要求。同时节省了RS485通信线缆的部署，排障也将变得更加简单。 　　四、从“现场问题定位及巡检”到“远程全方位协同” 　　基于4G技术定制的光伏专用无线高速通信系统，为现场与集控中心专家的无障碍沟通提供了便捷的通道，不仅可以回传实时的视频和语音，也可以回传现场红外热成像仪信息，供专家身临其境的进行问题诊断。降低现场维护人员的技能要求，未来在建设集控中心之后，远程集控中心保留住专家人才即可指导现地维护。 　　五、从“厂家定制报表”到“大数据分析引擎” 　　对于大型光伏电站的管理，目前已有的生产管理系统主要是通过报表方式去呈现历史数据分析，而主流厂商的报表以固定格式为主。当用户有多样化、不同格式的新需求时，则需要找厂家提需求定制。大数据分析引擎将能够很好的解决定制化和灵活性的需求。利用该引擎，可以及时发现潜在缺陷，进行前瞻性运维。 　　目前数据采集和监控的问题以及解决方案 　　现有的光伏电站的信息化程度不足，多数监控数据采集上来了，但缺少与生产管理系统的融合，以及与用户ERP系统的信息共享。这就导致在评估电站时，不能便捷地获取到存量资产的准确信息，以及日常运维的开支情况。 　　只有收集全如上信息，在此基础上做综合的大数据分析，定制化的输出与财务、电站业务运行相关的报表，用于支撑评估和交易。并最终通过集控中心的方式，让业主和电站买主清晰的看到每个电站的投资、运营的全球战略地图，才能更好的评估未来，明明白白地交易，同时电站资产的财务透明，也有利于电站资产的抵押和融资，利于业主进一步扩大业务规模。 　　目前数据采集和监控的问题： 　　1、监控数据不可采、不可信。没有组串监控或只有简单的组串数据采集，监控测量精度不高、测量数据不准确； 　　2、通信数据上报困难。监控数据通过RS-485总线上传，传输速率低、通信故障多、误告警和漏报情况严重。 　　3、故障定位困难。光伏电站组件及节点数量巨大，缺乏有效的故障定位手段，故障检测主要靠人工上站、通过万用表手工测量比对，故障处理周期长、影响发电产出，维护效率低、投入人力大； 　　4、电站管理缺乏数字化手段。监控信息简单采集与呈现，大量数据报表通过Excel手工处理，数据综合分析能力差，电站经营分析及改进缺乏量化手段，无法实现多电站管理。 　　以华为智能光伏电站解决方案为例，目前智能电站的综合解决方案，能够精确监测逆变器的每一路组串电流、电压，用于支撑不同组串之间、不同逆变器之间、不同光伏方阵之间的实时功率的采集和分析，任何的故障和发电落后单元能够及时的发现。更重要的是实时地直观地展现给运维人员，从而减少运维的人工参与，将结果以直观的方式及时推送。 　　其主要具有3个特性： 　　1.全球运维 　　基于云计算的集中运维中心： 　　基于云计算平台，具备管理数十GW、数百电站的数据接入能力，支持25年、数百TB的数据存储，完备的权限控制和鉴权机制，保证数据安全； 　　支持多电站接入、扩展接入新电站，将位于全国/全球不同位置的多个电站当作本地逻辑电站进行管理，分析各电站全年和各月发电计划完成情况、运维投入情况，辅助集团领导决策分析； 　　汇总多个电站生产数据、融合分析，形成一整套跨电站的KPI指标来评估电站的运营情况，评估电站运行健康状态，快速找出短板、给出优化建议； 　　前后方协通运维，集团专家可通过语音和实时视频指导现场工程师处理故障； 　　2.智能运维 　　贯穿电站全生命周期、生产全环节的监控和管理，真正实现可视、可信、可观、可控： 　　采用光伏终端及专用App辅助资产快速准确录入，记录全部资产的设备型号、厂家信息、电气拓扑、GPS位置信息，对每一块组件、每一个节点都做到可管理、可跟踪、可回溯； 　　光伏电站生产全环节的监控，准确掌握从组串、逆变器、汇流箱、箱变、汇集站、升压变的多维生产状态信息，每MW子阵实时监测数据达到100kbps； 　　采用大数据分析技术，对监控数据进行汇总分析，给出有针对性的优化建议，实现精细化运维、预防性运维；比如组件清洗建议等。 　　根据资产的运行情况和维护数据，支持对不同批次或不同厂家的设备评估，给出资产评估报告； 　　3.高效运维 　　从全局到细节逐层深入的可视化监控，可以对电站、区域、子阵、逆变器及组串的生产运营状态进行实时监控和显示，落后部件自动识别； 　　故障精确定位和电站设备健康检查，提升故障闭环效率； 　　以光伏终端和App为核心的新型移动运维，工作票及操作票移动化、电子化； 　　引入无人机技术，实现大范围快速巡检，提升运维效率。