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安科瑞 馬香霞

摘要： 隨著對(duì)可再生能源的需求不斷增長(zhǎng)，分布式光伏發(fā)電得到了廣泛的應(yīng)用。然而，分布式光伏系統(tǒng)的高效運(yùn)維是確保其長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行和實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵。本文詳細(xì)探討了分布式光伏運(yùn)維系統(tǒng)的重要性、關(guān)鍵技術(shù)、面臨的挑戰(zhàn)以及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，旨在為提高分布式光伏系統(tǒng)的運(yùn)維水平提供參考。

一、引言

在能源危機(jī)和環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)峻的背景下，太陽(yáng)能作為一種清潔、可再生的能源，其利用價(jià)值日益凸顯。分布式光伏發(fā)電因其具有靈活性高、安裝便捷、就近消納等優(yōu)點(diǎn)，成為了太陽(yáng)能利用的重要形式。然而，分布式光伏系統(tǒng)分布廣泛、數(shù)量眾多且運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，如何實(shí)現(xiàn)高效的運(yùn)維管理成為了行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。一個(gè)完善的分布式光伏運(yùn)維系統(tǒng)對(duì)于提高系統(tǒng)的發(fā)電效率、降低運(yùn)維成本、延長(zhǎng)設(shè)備壽命具有重要意義。

二、分布式光伏運(yùn)維系統(tǒng)的重要性

（一）提高發(fā)電效率

通過(guò)對(duì)光伏組件的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)分析，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決組件故障、陰影遮擋、灰塵積累等問(wèn)題，從而保證光伏系統(tǒng)始終處于優(yōu)質(zhì)工作狀態(tài)，提高發(fā)電效率。例如，定期的清潔維護(hù)可以有效減少灰塵對(duì)光伏組件的影響，據(jù)統(tǒng)計(jì)，灰塵覆蓋可使光伏組件的發(fā)電效率降低 5% - 30%，及時(shí)清潔后發(fā)電效率可恢復(fù)到正常水平。

（二）降低運(yùn)維成本

運(yùn)維系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和故障診斷，減少人工巡檢的工作量和成本。同時(shí)，通過(guò)對(duì)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的分析，可以預(yù)測(cè)設(shè)備的故障風(fēng)險(xiǎn)，提前進(jìn)行維護(hù)和更換，避免因設(shè)備故障導(dǎo)致的高額維修費(fèi)用。例如，采用智能運(yùn)維系統(tǒng)后，某分布式光伏電站的運(yùn)維成本降低了 30% 左右。

（三）延長(zhǎng)設(shè)備壽命

通過(guò)對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)和分析，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的異常運(yùn)行情況，采取相應(yīng)的措施進(jìn)行調(diào)整和維護(hù)，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。例如，合理的逆變器運(yùn)行參數(shù)設(shè)置和散熱管理，可以有效延長(zhǎng)逆變器的使用壽命。

三、分布式光伏運(yùn)維系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

（一）數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測(cè)技術(shù)

數(shù)據(jù)采集是運(yùn)維系統(tǒng)的基礎(chǔ)，需要采集光伏組件的電壓、電流、功率等電氣參數(shù)，以及環(huán)境溫度、光照強(qiáng)度等環(huán)境參數(shù)。監(jiān)測(cè)技術(shù)則包括對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和對(duì)數(shù)據(jù)的分析處理，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況。目前，常用的監(jiān)測(cè)技術(shù)包括傳感器監(jiān)測(cè)、視頻監(jiān)測(cè)等。

（二）故障診斷與預(yù)測(cè)技術(shù)

故障診斷技術(shù)是通過(guò)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判斷設(shè)備是否存在故障以及故障的類型和位置。預(yù)測(cè)技術(shù)則是利用歷史數(shù)據(jù)和機(jī)器學(xué)習(xí)算法，對(duì)設(shè)備的故障風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)測(cè)，提前采取措施進(jìn)行預(yù)防。例如，基于人工智能的故障診斷系統(tǒng)可以快速準(zhǔn)確地識(shí)別光伏組件的故障類型，如開(kāi)路、短路、老化等。

（三）遠(yuǎn)程通信技術(shù)

遠(yuǎn)程通信技術(shù)是實(shí)現(xiàn)運(yùn)維系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理的關(guān)鍵。需要將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，并接收監(jiān)控中心的指令。目前，常用的遠(yuǎn)程通信技術(shù)包括有線通信（如以太網(wǎng)、RS485 等）和無(wú)線通信（如 GPRS、WiFi、LoRa 等）。

（四）智能控制技術(shù)

智能控制技術(shù)可以根據(jù)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和環(huán)境條件，自動(dòng)調(diào)整設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化運(yùn)行。例如，根據(jù)光照強(qiáng)度和溫度的變化，自動(dòng)調(diào)整光伏組件的傾角和逆變器的輸出功率，以提高發(fā)電效率。

四、分布式光伏運(yùn)維系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)

（一）數(shù)據(jù)質(zhì)量問(wèn)題

由于分布式光伏系統(tǒng)分布廣泛，數(shù)據(jù)采集設(shè)備的質(zhì)量和穩(wěn)定性參差不齊，導(dǎo)致采集到的數(shù)據(jù)存在誤差和缺失。此外，數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中也可能受到干擾，影響數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性。因此，需要加強(qiáng)數(shù)據(jù)采集設(shè)備的質(zhì)量控制和數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性保障。

（二）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一

目前，分布式光伏運(yùn)維系統(tǒng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)尚未統(tǒng)一，不同廠家的設(shè)備和系統(tǒng)之間兼容性較差，給系統(tǒng)的集成和管理帶來(lái)了困難。因此，需要制定統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，促進(jìn)運(yùn)維系統(tǒng)的健康發(fā)展。

（三）專業(yè)人才缺乏

分布式光伏運(yùn)維系統(tǒng)涉及到電氣、通信、計(jì)算機(jī)等多個(gè)領(lǐng)域的知識(shí)，需要具備專業(yè)技能的人才進(jìn)行管理和維護(hù)。然而，目前行業(yè)內(nèi)專業(yè)人才相對(duì)缺乏，制約了運(yùn)維系統(tǒng)的發(fā)展。因此，需要加強(qiáng)人才培養(yǎng)和引進(jìn)，提高運(yùn)維人員的專業(yè)素質(zhì)。

五、分布式光伏運(yùn)維系統(tǒng)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

（一）智能化

隨著人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的不斷發(fā)展，分布式光伏運(yùn)維系統(tǒng)將越來(lái)越智能化。智能運(yùn)維系統(tǒng)將能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)故障診斷、預(yù)測(cè)性維護(hù)、優(yōu)化運(yùn)行等功能，提高運(yùn)維效率和質(zhì)量。

（二）集成化

未來(lái)的分布式光伏運(yùn)維系統(tǒng)將更加集成化，將數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測(cè)、分析、控制等功能集成到一個(gè)平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)一站式管理。同時(shí)，系統(tǒng)將與其他能源管理系統(tǒng)進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)多能源的協(xié)同管理。

（三）標(biāo)準(zhǔn)化

隨著行業(yè)的發(fā)展，分布式光伏運(yùn)維系統(tǒng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)將逐漸完善，不同廠家的設(shè)備和系統(tǒng)之間的兼容性將得到提高，促進(jìn)運(yùn)維系統(tǒng)的規(guī)?；瘧?yīng)用。

（四）服務(wù)化

運(yùn)維系統(tǒng)將不僅僅是一個(gè)技術(shù)平臺(tái)，還將提供更多的增值服務(wù)，如數(shù)據(jù)分析、能效評(píng)估、金融服務(wù)等。通過(guò)提供實(shí)際的服務(wù)，滿足用戶的多樣化需求。

光伏發(fā)電

綜合看板

●顯示所有光伏電站的數(shù)量，裝機(jī)容量，實(shí)時(shí)發(fā)電功率。

●累計(jì)日、月、年發(fā)電量及發(fā)電收益。

●累計(jì)社會(huì)效益。

●柱狀圖展示月發(fā)電量

電站狀態(tài)

●電站狀態(tài)展示當(dāng)前光伏電站發(fā)電功率，補(bǔ)貼電價(jià)，峰值功率等基本參數(shù)。

●統(tǒng)計(jì)當(dāng)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(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，并且接入輻照度、溫濕度、風(fēng)速等環(huán)境參數(shù)。

●顯示當(dāng)前光伏電站逆變器接入數(shù)量及基本參數(shù)。

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(guò)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(jì)

●展示所選電站的時(shí)、日、月、年發(fā)電量統(tǒng)計(jì)報(bào)表。

逆變器發(fā)電統(tǒng)計(jì)

●展示所選逆變器的時(shí)、日、月、年發(fā)電量統(tǒng)計(jì)報(bào)表

配電圖

●實(shí)時(shí)展示逆變器交、直流側(cè)的數(shù)據(jù)。

●展示當(dāng)前逆變器接入組件數(shù)量。

●展示當(dāng)前輻照度、溫濕度、風(fēng)速等環(huán)境參數(shù)。

●展示逆變器型號(hào)及廠商。

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。

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(shí)間、內(nèi)容、發(fā)送結(jié)果、回復(fù)等。

●平臺(tái)運(yùn)行日志：查看儀表、網(wǎng)關(guān)離線狀況。

●報(bào)警信息：將報(bào)警分進(jìn)行分級(jí)處理，記錄報(bào)警內(nèi)容，發(fā)生時(shí)間以及確認(rèn)狀態(tài)。

運(yùn)行環(huán)境

●視頻監(jiān)控：通過(guò)安裝在現(xiàn)場(chǎng)的視頻攝像頭，可以實(shí)時(shí)監(jiān)視光伏站運(yùn)行情況。對(duì)于有硬件條件的攝像頭，還支持錄像回放以及云臺(tái)控制功能。

系統(tǒng)硬件配置

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(jī)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(hù)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(duì)于光伏電站的管理者來(lái)說(shuō)，通過(guò)云平臺(tái)來(lái)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：

交流380V并網(wǎng)

根據(jù)電網(wǎng)Q/GDW1480-2015《分布式電源接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)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(dāng)?shù)仉娏Σ块T的審批意見(jiàn)為準(zhǔn)。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(jì)量點(diǎn)，計(jì)量點(diǎn)設(shè)置除應(yīng)考慮產(chǎn)權(quán)分界點(diǎn)外，還應(yīng)考慮分布式電源出口與用戶自用電線路處。每個(gè)計(jì)量點(diǎn)均應(yīng)裝設(shè)雙向電能計(jì)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(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程要求。電能表采用智能電能表，技術(shù)性能應(yīng)滿足公司關(guān)于智能電能表的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。用于結(jié)算和考核的分布式電源計(jì)量裝置，應(yīng)安裝采集設(shè)備，接入用電信息采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)用電信息的遠(yuǎn)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(xiàn)自發(fā)自用，余電上網(wǎng)。在380V并網(wǎng)點(diǎn)前需要安裝計(jì)量電表用于計(jì)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(jì)量電表，用于計(jì)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(bǔ)貼和上網(wǎng)電量結(jié)算。

部分光伏電站并網(wǎng)點(diǎn)需要監(jiān)測(cè)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(dú)的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)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(hù)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(guò)云平臺(tái)采用光伏發(fā)電數(shù)據(jù)和儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)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：

10kV或35kV并網(wǎng)

根據(jù)《國(guó)家關(guān)于2019年風(fēng)電、光伏發(fā)電項(xiàng)目建設(shè)有關(guān)事項(xiàng)通知》（國(guó)發(fā)新能〔2019〕49號(hào)），對(duì)于需要國(guó)家補(bǔ)貼的新建工商業(yè)分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目，需要滿足單點(diǎn)并網(wǎng)裝機(jī)容量小于6兆瓦且為非戶用的要求，支持在符合電網(wǎng)運(yùn)行安全技術(shù)要求的前提下，通過(guò)內(nèi)部多點(diǎn)接入配電系統(tǒng)。

此類分布式光伏裝機(jī)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(jī)容量較大，可能對(duì)公共電網(wǎng)造成比較大的干擾，因此供電部門對(duì)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(diǎn)需要監(jiān)測(cè)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(dú)的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)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(jù)情況可不設(shè)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(jī)容量比較大，涉及到的保護(hù)和測(cè)控設(shè)備比較多，主要如下表：

六、結(jié)論

分布式光伏運(yùn)維系統(tǒng)是保障分布式光伏系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行和實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵。通過(guò)采用的技術(shù)和管理手段，可以提高系統(tǒng)的發(fā)電效率、降低運(yùn)維成本、延長(zhǎng)設(shè)備壽命。然而，目前分布式光伏運(yùn)維系統(tǒng)仍面臨著數(shù)據(jù)質(zhì)量、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、專業(yè)人才等方面的挑戰(zhàn)。未來(lái)，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和行業(yè)的發(fā)展，分布式光伏運(yùn)維系統(tǒng)將朝著智能化、集成化、標(biāo)準(zhǔn)化、服務(wù)化的方向發(fā)展。我們需要不斷加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新和人才培養(yǎng)，推動(dòng)分布式光伏運(yùn)維系統(tǒng)的健康發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)可再生能源的大規(guī)模應(yīng)用做出貢獻(xiàn)。