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    基于物聯(lián)網(wǎng)的光伏電站運維云平臺的技術(shù)研究

    更新時間:2023-04-28      點擊次數(shù):668

    摘要:文章在對目前光伏電站中應(yīng)用智能運維技術(shù)的現(xiàn)狀進行介紹之后,分析此智能運維技術(shù)在光伏電站中應(yīng)用的重要作用,并分析此技術(shù)應(yīng)用對于光伏電站未來發(fā)展所起到的作用以及未來發(fā)展方向。

       關(guān)鍵詞:光伏電站;智能運維技術(shù);光伏運維云平臺;分布式光伏

     

    引言

       近年來隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展,人們對于電能的需求在快速增長,同時由于環(huán)境治理形式更加嚴峻以及能源危機日益嚴重,我國也加大了對光伏電站等新能源電站的建設(shè)力度,表現(xiàn)出光伏電站數(shù)量的不斷增多以及建設(shè)規(guī)模的不斷擴大。同時隨著光伏發(fā)電技術(shù)的不斷進步,在提高光伏電站發(fā)電量的同時,也推動了光伏智能運維技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。文章就針對此技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀和相應(yīng)的管理技術(shù)及其發(fā)展方向進行簡要分析。

    1、智能運維技術(shù)現(xiàn)狀分析

       在目前的光伏電站中,通常是通過一套功能相對較弱的局部監(jiān)測系統(tǒng)的配置來滿足光伏監(jiān)測的要求,但是此種監(jiān)測方案只可以實現(xiàn)對光伏電站的單獨監(jiān)控,而無法實現(xiàn)將電站投資和建設(shè)的所有信息向集團投資者及時提供。而且在此種方案下,還會造成電站運行統(tǒng)計數(shù)據(jù)不全面的問題,將這些數(shù)據(jù)通過電子文檔的方式向管理者提交時,也會造成管理者無法直觀分析數(shù)據(jù)的問題。此外,上述監(jiān)控系統(tǒng)的運行中,針對電站運行中的故障信息也難以及時和準確的發(fā)現(xiàn),這就需要運維人員在本地監(jiān)控平臺上進行電站故障信息的讀取和申報,此種方式不僅具有較大的人工勞動量和較高的人工成本,而且還會造成故障響應(yīng)速度過慢而影響系統(tǒng)正常運行的問題。尤其是針對通常建設(shè)在偏僻地區(qū)的光伏電站來說,在運行中還容易由于運維人員經(jīng)驗不足以及操作不規(guī)范而導致出現(xiàn)安全事故等問題。

       針對上述光伏電站的監(jiān)測現(xiàn)狀,結(jié)合目前先進的大數(shù)據(jù)、云存儲以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計算機技術(shù)等在光伏運維云平臺上搭建起光伏電站運維管理系統(tǒng),在光伏電站的管理終端中應(yīng)用上述系統(tǒng),可以通過100GW+電站接入來實現(xiàn)對所有電站的集中管控。此外,通過此管理系統(tǒng)的應(yīng)用,可以確保在完整的管理平臺上開展電力設(shè)備的管理工作,保證此工作的規(guī)范性,而且還可以在此平臺上進行規(guī)范化的操作和維修團隊的構(gòu)建和發(fā)展,實現(xiàn)電站運行效率的提升以及運行成本的降低。同時,通過此系統(tǒng)的應(yīng)用還可以提升電力設(shè)備資產(chǎn)管理的透明度,實現(xiàn)對發(fā)電站地位的實時控制,在深入挖掘電站運行數(shù)據(jù)的同時,作為決策的重要依據(jù),推動光伏電站資產(chǎn)價值的提升。

    2、智能運維管理技術(shù)分析

       在光伏電站中應(yīng)用智能運維管理技術(shù),可以在電站運行中,從時間、空間、設(shè)備等多個維度上開展監(jiān)控工作,重點是可以開展維護、管理、分析、判斷以及評價和報警等管理工作,而且在上述分析時重點以光伏電站的績效評價指標來開展。具體地說,通過此技術(shù)的應(yīng)用,一是可以對光伏電站的建設(shè)質(zhì)量進行判斷,重點是分析判斷其建設(shè)質(zhì)量是否滿足標準以及設(shè)計要求。二是可以對電站運行中的隱患進行自動檢測并確保及時發(fā)現(xiàn),將檢測結(jié)果進行匯總向業(yè)主及時進行報告,而且在此結(jié)果的基礎(chǔ)上來對故障的類型和位置進行分析和確定。三是通過此技術(shù)所獲取的數(shù)據(jù),還可以結(jié)合地理環(huán)境和氣候特點來對發(fā)電量進行預(yù)測,然后在預(yù)測結(jié)果基礎(chǔ)上來對較佳的阻塞程度和耐受性的除塵方法進行確定,較大化地縮短經(jīng)濟周期以及降低成本,實現(xiàn)收益的提升。四是將此技術(shù)與未來的網(wǎng)絡(luò)信息共享進行結(jié)合,在綜合分析電站信息以及氣象數(shù)值預(yù)報數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)、云計算等技術(shù)來預(yù)測局部瞬時功率以及未來時間的發(fā)電量,實現(xiàn)能量調(diào)度精細化程度的提升。五是通過此技術(shù)來向運行、檢修以及管理人員提供更為完整的數(shù)據(jù)和差異化、便捷的服務(wù)。六是通過此技術(shù)提供的數(shù)據(jù),便于后續(xù)開展光伏電站的設(shè)計建設(shè)、設(shè)備的規(guī)劃以及新設(shè)備的接入,同時也為系統(tǒng)和設(shè)備的維護、更新以及故障早期預(yù)判等提供依據(jù)。

    3、智能運維技術(shù)的發(fā)展方向

       物聯(lián)網(wǎng)是因為它可以建立物與物之間的連接,并在基本的Internet框架中共享和擴展信息。因此,可以不受限制地在終端操作中建造和使用設(shè)備和設(shè)施,并且可以以自動化的方式執(zhí)行相關(guān)操作。訂單下達以及參數(shù)分析和處理。它在分析電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和較大程度的剃刮方面具有很大的技術(shù)優(yōu)勢。以多設(shè)備智能為代表的智能物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)也在逐步建立。這些將在下面分別討論。

    3.1針對智能電網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)

       輸變電設(shè)備須對運行狀態(tài)進行實時檢查并對相關(guān)關(guān)鍵組件進行壽命測試。其中,智能和自動化的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)框架的使用可以持續(xù)依賴計算機技術(shù)的更新和相應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的改進,從而在長期發(fā)展的基礎(chǔ)上騰飛智能網(wǎng)絡(luò)的功能。

    3.2在輸變電設(shè)備狀態(tài)中的運用

       輔助鏈路中傳輸和電力變換設(shè)備的狀態(tài)檢測以及相關(guān)的維護工作主要是基于感知層來完成相應(yīng)的程序。其中,在塔和其他設(shè)備中實現(xiàn)并安裝了不同類型和類型的傳感器。收集當前傳輸線不同工作條件下的特征參數(shù),并通過實時傳輸進行網(wǎng)絡(luò)注冊和分析。根據(jù)作者的意見,相關(guān)輸電線路的在線監(jiān)測業(yè)務(wù)已經(jīng)能夠編制高海拔準時參數(shù),例如風向偏差監(jiān)測,圖像和視頻監(jiān)測以及微氣象監(jiān)測。

       目前,電源主要依靠太陽能,其他研究機構(gòu)對高壓電磁能的提取進行了研究,發(fā)現(xiàn)效果不理想。因此,有必要從新的角度出發(fā),提高高溫和低溫下的能量存儲容量,并優(yōu)化電源模式以提高整個系統(tǒng)的電源容量。其次,監(jiān)視變壓器設(shè)備的狀況。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與變電站配置中的智能兼容,因此,在實際應(yīng)用水平上,應(yīng)以電廠的智能運維為指導,并在此基礎(chǔ)上進行推廣。成本可控,操作維護方便。感知層主要反映在過程層中,因此應(yīng)用層須對應(yīng)于工作站的控制層。

    3.3輸變電設(shè)備全壽命的周期管理

       基于長期利益,基于多種因素的資產(chǎn)計劃和設(shè)計將基于實現(xiàn)經(jīng)濟利益而減少資產(chǎn)生命周期的成本。電網(wǎng)資產(chǎn)的生命周期管理是為了實現(xiàn)安全管理,因此實現(xiàn)資產(chǎn)管理的結(jié)合。根據(jù)中國的基本國情,分析了工業(yè)市場中電網(wǎng)公司的技術(shù)和市場特征。通過不斷總結(jié)實踐管理經(jīng)驗,以滿足新的發(fā)展需求。此外,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的使用還可以監(jiān)視能源設(shè)備的全景狀態(tài)信息,并關(guān)聯(lián)其屬性以評估其使用壽命,從而為其周期成本和其他條件提供較有效的輔助功能。同時,您還可以有效地關(guān)聯(lián)能源資產(chǎn)的生命周期,從而提高設(shè)備診斷過程的真實性和準確性。它還有利于科學管理的制造和安裝階段。

       在實際應(yīng)用中,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以收集有關(guān)變電站設(shè)備的各種信息,包括環(huán)境和測試。通過統(tǒng)計科學方法,分析了設(shè)備的現(xiàn)狀和未來發(fā)展因素,以形成基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的設(shè)備風險評估方法。通過使用新的傳感器和其他技術(shù)手段,結(jié)合能量傳輸和轉(zhuǎn)換設(shè)備的狀態(tài)特性,結(jié)合一定的理論數(shù)據(jù),形成了有效的評估方法,并建立了完整的文件。

    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監(jiān)測光伏站點的逆變器設(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。主要功能包括:站點監(jiān)測,逆變器監(jiān)測,發(fā)電統(tǒng)計,逆變器一次圖,操作日志,告警信息,環(huán)境監(jiān)測,設(shè)備檔案,運維管理,角色管理。用戶可通過WEB端以及APP端訪問平臺,及時掌握光伏發(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)進行集中存儲管理。用戶可以通過PC訪問平臺,及時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(jié)構(gòu)如圖所示。

     

    4.4系統(tǒng)功能

              AcrelCloud-1200分布式光伏運維云平臺軟件采用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,裝機容量,實時發(fā)電功率。

    ●累計日、月、年發(fā)電量及發(fā)電收益。

    ●累計社會效益。

    ●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,峰值功率等基本參數(shù)。

    ●統(tǒng)計當前光伏電站的日、月、年發(fā)電量及發(fā)電收益。

    ●攝像頭實時監(jiān)測現(xiàn)場環(huán)境,并且接入輻照度、溫濕度、風速等環(huán)境參數(shù)。

    ●顯示當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

    ●展示所選電站的時、日、月、年發(fā)電量統(tǒng)計報表。

     

    4.4.1.5逆變器發(fā)電統(tǒng)計

    ●展示所選逆變器的時、日、月、年發(fā)電量統(tǒng)計報表

     

    4.4.1.6配電圖

    ●實時展示逆變器交、直流側(cè)的數(shù)據(jù)。

    ●展示當前逆變器接入組件數(shù)量。

    ●展示當前輻照度、溫濕度、風速等環(huán)境參數(shù)。

    ●展示逆變器型號及廠商。

     

    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:查詢短信推送時間、內(nèi)容、發(fā)送結(jié)果、回復等。

    ●平臺運行日志:查看儀表、網(wǎng)關(guān)離線狀況。

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

     

    4.4.3運行環(huán)境

    ●視頻監(jiān)控:通過安裝在現(xiàn)場的視頻攝像頭,可以實時監(jiān)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(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,對于光伏電站的管理者來說,通過云平臺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~400kW380V并網(wǎng),超出400kW的光伏電站視情況也可以采用多點380V并網(wǎng),以當?shù)仉娏Σ块T的審批意見為準。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)明確計量點,計量點設(shè)置除應(yīng)考慮產(chǎn)權(quán)分界點外,還應(yīng)考慮分布式電源出口與用戶自用電線路處。每個計量點均應(yīng)裝設(shè)雙向電能計量裝置,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)標準、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)標準。用于結(jié)算和考核的分布式電源計量裝置,應(yīng)安裝采集設(shè)備,接入用電信息采集系統(tǒng),實現(xiàn)用電信息的遠程自動采集。

     

       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),實現(xiàn)自發(fā)自用,余電上網(wǎng)。在380V并網(wǎng)點前需要安裝計量電表用于計量光伏發(fā)電量,同時在企業(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(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)電補貼和上網(wǎng)電量結(jié)算。

       部分光伏電站并網(wǎng)點需要監(jiān)測并網(wǎng)點電能質(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(jiān)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(tǒng)圖如下。

     

       這種并網(wǎng)模式單體光伏電站規(guī)模適中,可通過云平臺采用光伏發(fā)電數(shù)據(jù)和儲能系統(tǒng)運行數(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:

     

    4.5.310kV35kV并網(wǎng)

       根據(jù)《國家能源局關(guān)于2019年風電、光伏發(fā)電項目建設(shè)有關(guān)事項通知》(國發(fā)新能〔201949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,需要滿足單點并網(wǎng)裝機容量小于6兆瓦且為非戶用的要求,支持在符合電網(wǎng)運行安全技術(shù)要求的前提下,通過內(nèi)部多點接入配電系統(tǒng)。

       此類分布式光伏裝機容量一般比較大,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,因此供電部門對于此規(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)點需要監(jiān)測并網(wǎng)點電能質(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(jiān)測裝置。

     

       上圖為一個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),最后經(jīng)過升壓變壓器升壓至10kV35kV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(shè)備比較多,主要如下表:

     

    5、結(jié)語

       在目前我國相關(guān)政策的支持下,光伏市場中表現(xiàn)出了搶裝潮的發(fā)展趨勢,表現(xiàn)出光伏電站的建設(shè)數(shù)量不斷增多和建設(shè)規(guī)模的擴大,覆蓋范圍也更加廣泛,同時也在結(jié)合目前先進的技術(shù)來推動光伏電站向智能化方向發(fā)展。尤其是針對智能運維技術(shù)的應(yīng)用,基于智能運維平臺,在融入多種新技術(shù)、設(shè)備以及方案等同時,推動光伏電站向未來的數(shù)字化和智能化電站,以及全球自動化運維等方向發(fā)展。

     

     

    【參考文獻】

    [1]水華偉.光伏電站的智能運維技術(shù)研究[J].工作研究,2020.01.039

    [2]宋星,王凱豐,丁亞鵬等.光伏電站集中遠程監(jiān)控智能運維平臺的建設(shè)于產(chǎn)業(yè)化分析[J].太陽能,20198

    [3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2022.05


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