北京科諾偉業(yè)科技股份有限公司 ■ 張勝紅 趙棟利 趙妍

0 引言

我國(guó)光伏行業(yè)在經(jīng)歷了近幾年的爆發(fā)式建設(shè)潮之后，各個(gè)集團(tuán)業(yè)主逐漸開(kāi)始關(guān)注光伏電站的運(yùn)維和經(jīng)營(yíng)。目前大型集團(tuán)的業(yè)主都掌握著幾百M(fèi)W甚至GW級(jí)的電站資源，在“棄光限電”之聲此起彼伏的行情下，國(guó)家和地方也在對(duì)發(fā)電補(bǔ)貼進(jìn)行下坡調(diào)整，那么企業(yè)研究如何提高自身的造血能力也就成為必然趨勢(shì)[1]。現(xiàn)在越來(lái)越多的光伏電站發(fā)電設(shè)備都配備智能傳感器，為光伏電站的智能化運(yùn)維提供了良好的條件。本文的研究?jī)?nèi)容主要有：

1)基于安全生產(chǎn)、保障效益的運(yùn)維目標(biāo)，分析研發(fā)一套具有規(guī)范流程的光伏電站智能化生產(chǎn)運(yùn)行管理軟件。

2)基于集團(tuán)業(yè)主對(duì)多個(gè)電站資源整合、集中運(yùn)維的需要，分析研發(fā)一套集團(tuán)級(jí)集中運(yùn)營(yíng)的信息系統(tǒng)。

1 智能化運(yùn)維的必要性分析

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的調(diào)研和現(xiàn)場(chǎng)觀察后，對(duì)目前光伏電站運(yùn)維普遍存在的幾個(gè)問(wèn)題進(jìn)行了總結(jié)，主要體現(xiàn)在：

1)現(xiàn)場(chǎng)值班人員通常是聘用當(dāng)?shù)貎H具備少量電力知識(shí)的人，只能處理簡(jiǎn)單的情況；

2)現(xiàn)場(chǎng)人力、財(cái)務(wù)、物資等管理松散，造成資源浪費(fèi)；

3)現(xiàn)場(chǎng)兩票(工作票、操作票)操作、巡檢等缺乏標(biāo)準(zhǔn)流程，運(yùn)行管理缺乏監(jiān)控與記錄跟蹤；

4)現(xiàn)場(chǎng)SCADA系統(tǒng)對(duì)直流側(cè)及低壓側(cè)監(jiān)控較多，但高壓側(cè)監(jiān)控較少，且缺乏設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的分析[2]；

5)現(xiàn)場(chǎng)通常同時(shí)運(yùn)行多個(gè)廠家的多套信息系統(tǒng)，相互之間孤立，缺乏協(xié)同，且給值班人員造成學(xué)習(xí)成本高、操作不便等問(wèn)題；

6)集團(tuán)業(yè)主通常較難實(shí)時(shí)獲得電站發(fā)電信息，只能低效、被動(dòng)地匯總旗下所有電站數(shù)據(jù)；

7)集團(tuán)技術(shù)人員、專家等只能被動(dòng)等待現(xiàn)場(chǎng)申請(qǐng)?zhí)幚硪呻y問(wèn)題，不能充分發(fā)揮他們的作用；

8)集團(tuán)運(yùn)維工作改進(jìn)等決策缺乏運(yùn)維經(jīng)營(yíng)實(shí)際數(shù)據(jù)，很難做到科學(xué)決策。

2 電站生產(chǎn)運(yùn)行管理系統(tǒng)研究

基于安全生產(chǎn)、保障效益、高效運(yùn)維等設(shè)計(jì)思路，電站生產(chǎn)運(yùn)行管理系統(tǒng)既要具備監(jiān)視所有設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)、故障報(bào)警、異常預(yù)警等功能，同時(shí)還要兼顧生產(chǎn)技術(shù)管理、安全監(jiān)督管理、運(yùn)行操作規(guī)程管理、物資管理，以及財(cái)務(wù)管理、人力資源管理、辦公管理等多項(xiàng)管理。這樣就形成了一套完整的電站級(jí)智能管理軟件，目標(biāo)是規(guī)范和制度化管理電站的運(yùn)行維護(hù)及經(jīng)營(yíng)活動(dòng)[3]。

3 集中運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)研究

基于集團(tuán)業(yè)主及其技術(shù)、經(jīng)營(yíng)人員對(duì)旗下所有電站真實(shí)運(yùn)行經(jīng)營(yíng)數(shù)據(jù)的需求，在設(shè)計(jì)集中運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)時(shí)，首先應(yīng)考慮各電站與集團(tuán)總部之間運(yùn)行經(jīng)營(yíng)信息的透明性，該系統(tǒng)應(yīng)能與各電站的生產(chǎn)運(yùn)行管理系統(tǒng)無(wú)縫對(duì)接；其次，對(duì)接之后能存儲(chǔ)海量的電站設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)及電站生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)，一方面為技術(shù)研究提供了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，另一方面為管理層做出科學(xué)決策提供了數(shù)據(jù)支撐；最后，提供高級(jí)應(yīng)用，如區(qū)域電站對(duì)標(biāo)分析、廠家設(shè)備質(zhì)量評(píng)估、電站質(zhì)量評(píng)價(jià)、投融資風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等，從而全面指導(dǎo)電站生產(chǎn)及運(yùn)營(yíng)，甚至促進(jìn)新電站的建設(shè)能力[4]。

4 技術(shù)支撐

電站生產(chǎn)運(yùn)行管理系統(tǒng)及集中運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)在技術(shù)上都包含數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)展示這些環(huán)節(jié)。

1)數(shù)據(jù)采集可依托具備物聯(lián)網(wǎng)功能的數(shù)據(jù)采集器，能與電站各種設(shè)備或監(jiān)控系統(tǒng)通信；設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)通過(guò)傳感器產(chǎn)生，并通過(guò)電力行業(yè)常用通信協(xié)議101、104或Modbus等將數(shù)據(jù)包上傳到采集器，采集器解析數(shù)據(jù)包、存儲(chǔ)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、轉(zhuǎn)發(fā)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)到遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心。

2)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)可分為電站運(yùn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。由于電站運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性強(qiáng)及數(shù)據(jù)量可呈海量增長(zhǎng)，因此，可考慮通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的大數(shù)據(jù)平臺(tái)進(jìn)行管理，如專門(mén)為大數(shù)據(jù)而生的大數(shù)據(jù)平臺(tái)Hadoop，可通過(guò)其中的組件HBase、Hive來(lái)存儲(chǔ)海量歷史數(shù)據(jù)和分析數(shù)據(jù)。而電站生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理數(shù)據(jù)具備傳統(tǒng)的關(guān)系型結(jié)構(gòu)化特點(diǎn)，可采用高性能的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，如SQLServer、Oracle、MySQL等進(jìn)行管理。

3)數(shù)據(jù)分析主要包括對(duì)各種資源情況、運(yùn)行狀況、經(jīng)營(yíng)管理的指標(biāo)分析，以及故障診斷性、資源性預(yù)測(cè)預(yù)警分析。指標(biāo)分析可通過(guò)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)(如HIVE、SSAS)等BI技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。預(yù)測(cè)預(yù)警分析則屬于數(shù)據(jù)挖掘范疇，需要具備數(shù)據(jù)建模、預(yù)測(cè)分類算法、數(shù)據(jù)挖掘準(zhǔn)確性驗(yàn)證等功能的工具來(lái)實(shí)現(xiàn)，如傳統(tǒng)的BI工具SSAS提供基本的聚類分析、邏輯回歸、時(shí)序分析、決策樹(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等數(shù)據(jù)挖掘算法的實(shí)現(xiàn)；而在最新的大數(shù)據(jù)領(lǐng)域，Hadoop相關(guān)組件或編程框架提供更強(qiáng)大的數(shù)據(jù)挖掘、機(jī)器學(xué)習(xí)算法，如Spake、TensorFlow等工具平臺(tái)。

4)數(shù)據(jù)展示主要是將電站運(yùn)行數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)站形式實(shí)時(shí)的、歷史的、分析的發(fā)布出去，通過(guò)線上軟件系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)范化、流程化的經(jīng)營(yíng)管理方式，從而將一個(gè)和多個(gè)電站的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管理全面實(shí)現(xiàn)信息化、智能化。技術(shù)實(shí)現(xiàn)上包括PC端數(shù)據(jù)展示系統(tǒng)和移動(dòng)端APP，這些都是現(xiàn)在很成熟的互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

5 系統(tǒng)架構(gòu)

對(duì)于集團(tuán)業(yè)主，投資運(yùn)營(yíng)了大量集中式或分布式光伏電站，站級(jí)生產(chǎn)運(yùn)行管理系統(tǒng)及集團(tuán)級(jí)集中運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)很有必要，這兩個(gè)系統(tǒng)可集成在一套軟件中，具體架構(gòu)如圖1所示。

集控中心遠(yuǎn)程建設(shè)在集團(tuán)總部，或應(yīng)用公有云資源，大量服務(wù)器資源負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)收集、存儲(chǔ)、分析及展示發(fā)布，從而形成一個(gè)大數(shù)據(jù)中心平臺(tái)，對(duì)電站端進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，向用戶端提供集中監(jiān)控運(yùn)維管理系統(tǒng)及其移動(dòng)APP。

圖1 站級(jí)生產(chǎn)運(yùn)行管理系統(tǒng)與集團(tuán)級(jí)集中運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)結(jié)合后的系統(tǒng)圖

6 結(jié)論

本文研究設(shè)計(jì)了適應(yīng)光伏電站特點(diǎn)的站級(jí)生產(chǎn)運(yùn)行管理系統(tǒng)及集團(tuán)級(jí)集中運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)。前者解決了現(xiàn)今光伏電站現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維及經(jīng)營(yíng)的一些痛點(diǎn)，通過(guò)一體化設(shè)計(jì)，集成了原本孤立難用的多套軟件系統(tǒng)，降低了學(xué)習(xí)成本，規(guī)范了運(yùn)維人員操作，提高了生產(chǎn)安全性和工作效率；后者解決了電站經(jīng)營(yíng)與總部經(jīng)營(yíng)的信息透明性問(wèn)題，同時(shí)充分發(fā)揮了技術(shù)研究人員的能力。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的應(yīng)用，將有效解決當(dāng)前光伏電站運(yùn)營(yíng)過(guò)程中各種低效、高成本的問(wèn)題，促進(jìn)光伏企業(yè)高效經(jīng)營(yíng)管理。

[1] 張?chǎng)?光伏智能電站建設(shè)與運(yùn)維管理的探討[J].中國(guó)電力企業(yè)管理, 2014, (E1): 965－966.

[2] 姚焰華.光伏電站運(yùn)維管理的分析與探討[J].科技創(chuàng)新,2014, (25): 73－74.

[3] 王哲,林艷海, 劉璇璇, 等.未來(lái)智能光伏電站幾點(diǎn)思考[J].太陽(yáng)能, 2014, (9): 12－15.

[4] 檀庭方,李靖霞,吳世偉,等.基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的智能光伏電站集中運(yùn)維系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究[J].太陽(yáng)能, 2017, (9): 2－3.