劉 龍

國(guó)投新能源（紅河）股份有限公司，云南 紅河 654300

0 引言

隨著新能源的不斷開發(fā)利用，光伏電站的建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，但光伏電站的實(shí)際運(yùn)行質(zhì)量并不理想。主要原因是國(guó)內(nèi)光伏電站運(yùn)行維護(hù)技術(shù)發(fā)展相對(duì)緩慢，運(yùn)維新技術(shù)的開發(fā)、運(yùn)用與建設(shè)規(guī)模不匹配，難以滿足光伏電站高質(zhì)量、低成本的運(yùn)行要求。智能化運(yùn)維技術(shù)的開發(fā)運(yùn)用能最大限度地縮短運(yùn)行巡檢時(shí)間，通過全面記錄光伏電站系統(tǒng)的運(yùn)行情況，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中的故障問題，切實(shí)提升整體運(yùn)維管理水平，提升光伏電站的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1 光伏電站智能化運(yùn)維的意義

1.1 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行

通過智能化運(yùn)維，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)整個(gè)光伏電站的建設(shè)和運(yùn)行情況，確保系統(tǒng)各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)按照系統(tǒng)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求正常運(yùn)轉(zhuǎn)。在光伏電站系統(tǒng)運(yùn)行過程中，智能化運(yùn)維還可以利用現(xiàn)代化和智能化的技術(shù)手段，對(duì)系統(tǒng)隱蔽故障或者異常情況進(jìn)行及時(shí)預(yù)警，并精準(zhǔn)定位故障位置，分析系統(tǒng)的故障類型和故障發(fā)生原因，為運(yùn)維人員提供科學(xué)的故障解決方案，縮短系統(tǒng)故障維修時(shí)間，提升故障解決效率[1]。

1.2 減少人力資源成本

智能化運(yùn)維技術(shù)的應(yīng)用能在一定程度上減少人力資源成本，提升光伏電站運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益。在智能化運(yùn)維中，還可以利用大數(shù)據(jù)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將光伏電站周邊環(huán)境條件因素納入電站的數(shù)據(jù)庫(kù)，這些數(shù)據(jù)資源對(duì)于防阻塞、除塵等運(yùn)維方案的制訂有重要的支撐作用[2]。

1.3 實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)管理

智能化運(yùn)維能夠?qū)崿F(xiàn)不同光伏電站之間的資源信息共享，并通過云計(jì)算、數(shù)字信息等技術(shù)精準(zhǔn)地預(yù)測(cè)光伏電站瞬時(shí)功率和年發(fā)電量等參數(shù)，有助于實(shí)現(xiàn)光伏電站運(yùn)維的精準(zhǔn)管理[3]。

2 光伏電站智能化運(yùn)維管理體系

光伏電站智能化運(yùn)維管理體系主要包括智能設(shè)備層、智能控制層、智能監(jiān)控層和智能決策層。

2.1 智能設(shè)備層

智能設(shè)備層發(fā)揮著重要的連接樞紐作用，通過智能設(shè)備層，物理世界和虛擬世界才能實(shí)現(xiàn)有效融合，這也是數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展的重要基礎(chǔ)[4]。在智能設(shè)備層中，可以利用先進(jìn)的、全方位的測(cè)量技術(shù)，匯總發(fā)電站中所有設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)、工藝參數(shù)、環(huán)境條件等信息，有助于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自我分析判斷。由此可見，智能設(shè)備層具有非常全面的感知能力，在控制決策層的支持下，智能設(shè)備層會(huì)將相應(yīng)的處理控制信息傳至相應(yīng)的設(shè)備，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)式的控制管理。智能設(shè)備層的主要構(gòu)成是監(jiān)測(cè)設(shè)備，可以測(cè)量生產(chǎn)環(huán)節(jié)的運(yùn)行參數(shù)。智能設(shè)備層的工作強(qiáng)度較大，需要進(jìn)行頻繁重復(fù)的操作[5]。

2.2 智能控制層

智能控制層的運(yùn)行關(guān)鍵在于控制，這種控制行為的實(shí)現(xiàn)需要建立科學(xué)完善的規(guī)則模型，同時(shí)還需要利用自適應(yīng)控制、診斷預(yù)測(cè)控制、模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等手段，根據(jù)設(shè)備層的數(shù)據(jù)信息和指示信息，實(shí)現(xiàn)電站系統(tǒng)中各個(gè)環(huán)節(jié)與工藝的有效控制[6]。因此，智能控制層的運(yùn)行重點(diǎn)在于完善算法與操作系統(tǒng)。相關(guān)人員需要全面考慮光伏電站運(yùn)行的安全性、節(jié)能性、環(huán)保性和經(jīng)濟(jì)性等因素，使智能控制層能夠全面處理數(shù)據(jù)信息，并能夠自動(dòng)修復(fù)數(shù)據(jù)處理過程中的誤差。

2.3 智能監(jiān)控層

智能監(jiān)控層的主要作用是監(jiān)督與控制。智能控制層的監(jiān)控是全方位的，涉及設(shè)備層的實(shí)時(shí)運(yùn)行信息、控制層的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及決策層的策略信息等。智能監(jiān)控層要實(shí)時(shí)、全面監(jiān)督生產(chǎn)流程和設(shè)備運(yùn)行狀況，因此，智能監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)的構(gòu)建尤為重要，需要配置完善的系統(tǒng)維修保養(yǎng)體系，在最大程度上保障系統(tǒng)設(shè)備的正常運(yùn)行。智能監(jiān)控層的運(yùn)行具有較強(qiáng)的靈活性和適應(yīng)性，能夠根據(jù)實(shí)際管理需要進(jìn)行功能的拓展與縮減。

2.4 智能決策層

智能決策層通過生產(chǎn)信息大數(shù)據(jù)和運(yùn)維管理云平臺(tái)對(duì)光伏電站系統(tǒng)中所有的生產(chǎn)要素信息進(jìn)行智能化的數(shù)字管控，并在這些數(shù)據(jù)信息的基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。在智能決策層中匯聚了大量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息和管理信息，能夠?yàn)楣夥娬局悄芑\(yùn)維管理的各項(xiàng)決策提供輔助性的參考。智能決策層需要結(jié)合實(shí)際環(huán)境條件實(shí)現(xiàn)自身系統(tǒng)的優(yōu)化[7]。

3 光伏電站智能化運(yùn)維技術(shù)

3.1 智能運(yùn)維無人機(jī)技術(shù)

部分光伏電站建在山區(qū)、沙地等區(qū)域，很難通過人工巡檢實(shí)現(xiàn)光伏電站的運(yùn)維巡檢，而應(yīng)用智能無人機(jī)技術(shù)能夠有效解決此問題。智能運(yùn)維無人機(jī)可以搭載紅外成像相機(jī)或者可見光成像相機(jī)等，對(duì)光伏電站相關(guān)區(qū)域進(jìn)行組件紅外檢測(cè)、表面灰塵檢測(cè)、隱裂檢測(cè)等，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與診斷光伏電站的運(yùn)行情況。

智能運(yùn)維無人機(jī)主要包括動(dòng)力部分、支撐部分和控制部分，具有荷載小、機(jī)動(dòng)靈活的特點(diǎn)，可以根據(jù)實(shí)際的運(yùn)維檢測(cè)任務(wù)配置相應(yīng)的任務(wù)設(shè)備。在實(shí)際使用中，首先需要標(biāo)注、導(dǎo)入作業(yè)區(qū)域，然后在系統(tǒng)中設(shè)定任務(wù)高度、路徑間隔、飛行起始點(diǎn)、航點(diǎn)間隔等參數(shù)，這樣智能無人機(jī)就可以自行設(shè)計(jì)和規(guī)劃巡檢飛行路線，并在實(shí)際飛行過程中自動(dòng)調(diào)整起降和飛行。如果巡檢區(qū)域內(nèi)存在障礙物，可以提前進(jìn)行指示備注，以確保無人機(jī)在規(guī)劃路徑時(shí)順利躲避障礙物。

智能無人機(jī)在飛行過程中可以拍攝光伏電站運(yùn)行狀態(tài)，所拍攝的照片可以通過基于OpenCV開發(fā)的圖像拼接程序進(jìn)行離線拼接處理，以生成相應(yīng)的三維全景圖像。這為光伏電站運(yùn)維狀況的監(jiān)測(cè)和控制提供了重要的信息支撐。

3.2 光伏組件自動(dòng)清洗技術(shù)

光伏組件是保障光伏電站正常運(yùn)轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)，灰塵、雨雪等遮蓋物的存在很容易影響光伏組件的性能，降低光伏電站的發(fā)電效率。因此，光伏組件自動(dòng)清洗技術(shù)也是光伏電站智能化運(yùn)維的重要技術(shù)手段?，F(xiàn)階段，常用的光伏組件自動(dòng)清洗技術(shù)主要是采用清洗機(jī)器人清洗或者改變光伏組件自身的結(jié)構(gòu)使其完成自動(dòng)清洗。

清洗機(jī)器人的主要應(yīng)用模式有單排清洗、跨排清洗和便攜式清洗等。單排清洗是僅針對(duì)單排光伏組件的清洗方式；跨排清洗能夠?qū)崿F(xiàn)多排光伏組件的清洗，但是耗水量較大，應(yīng)用穩(wěn)定性較差；便攜式清洗的應(yīng)用較靈活，但是受機(jī)器人電池容量的限制，使用效率并不高。

對(duì)于光伏組件自身結(jié)構(gòu)的調(diào)整，一方面可以通過調(diào)整組件結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。例如，在太陽能電池板的連接板上安裝振動(dòng)器，定期啟動(dòng)振動(dòng)器可以自動(dòng)清除電池板上的遮蓋物，以保證光伏發(fā)電效率。另一方面，可以優(yōu)化光伏組件自身的結(jié)構(gòu)材料。例如，采用玻璃面板的光伏組件可以在其表面增設(shè)一層超親水性材料作為自清潔材料，比較典型的是二氧化鈦材料，這種材料能夠與玻璃發(fā)生一定的物理或者化學(xué)反應(yīng)，使其呈現(xiàn)自清潔的效果。目前，光伏組件自清潔材料的制備存在一定的難度，需要在材料性能與發(fā)電效率方面加大研究力度。

光伏組件自動(dòng)清洗設(shè)備與無人機(jī)技術(shù)可以配合使用，當(dāng)無人機(jī)檢測(cè)到的熱斑超過系統(tǒng)設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)將相關(guān)信息傳至清洗設(shè)備，驅(qū)使清洗設(shè)備清洗組件表面，直至熱斑信息達(dá)到正常設(shè)定值。

3.3 光伏組件功率預(yù)測(cè)技術(shù)

光伏組件功率預(yù)測(cè)是根據(jù)光伏電站運(yùn)行的影響因素科學(xué)地預(yù)測(cè)、分析光伏電站的運(yùn)行功率。從時(shí)間維度上劃分，功率預(yù)測(cè)可以分為超短期、短期和中長(zhǎng)期預(yù)測(cè)，其預(yù)測(cè)方法也比較多樣，包括物理方法、數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)分析等。

現(xiàn)階段，比較先進(jìn)的預(yù)測(cè)系統(tǒng)是光伏并網(wǎng)系統(tǒng)與新型光伏發(fā)電功率預(yù)測(cè)組件系統(tǒng)，該預(yù)測(cè)系統(tǒng)主要包括光伏發(fā)電系統(tǒng)、數(shù)值天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)、預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、光伏發(fā)電功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)、EMS能量管理系統(tǒng)。其中，數(shù)值天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)可以測(cè)量、收集與分析光伏電站所在區(qū)域一段時(shí)間范圍內(nèi)的光照量、氣溫、日照時(shí)間等天氣信息；預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)可以存儲(chǔ)光伏電站運(yùn)行時(shí)的各方面歷史數(shù)據(jù)；光伏發(fā)電功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)可以在前兩個(gè)數(shù)據(jù)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，采用特定的預(yù)測(cè)算法構(gòu)建科學(xué)的功率預(yù)測(cè)模型，預(yù)測(cè)光伏電站的輸出功率；EMS能量管理系統(tǒng)在軟件和硬件系統(tǒng)功能的支撐下，通過采集、分析系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)來調(diào)整發(fā)電計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)管理，確保發(fā)電計(jì)劃的科學(xué)性和合理性。

4 光伏電站智能化運(yùn)維的發(fā)展策略

4.1 建立健全運(yùn)維計(jì)劃

完善的運(yùn)維計(jì)劃是保障光伏電站智能化運(yùn)維管理工作正常開展的重要基礎(chǔ)。運(yùn)維計(jì)劃的制訂要面向整個(gè)系統(tǒng)，其主要內(nèi)容包括上網(wǎng)電量的預(yù)算、發(fā)電量的預(yù)算及運(yùn)維管理工作中的應(yīng)急處理措施等。運(yùn)維計(jì)劃的制訂需要充分結(jié)合光伏電站的運(yùn)行情況和實(shí)際工作要求，經(jīng)過層層審批，經(jīng)批準(zhǔn)后才可以落實(shí)與執(zhí)行?？茖W(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪\(yùn)維計(jì)劃是運(yùn)維工作開展的基礎(chǔ)，是電站系統(tǒng)管理工作順利開展的重要保障。

4.2 培養(yǎng)高素質(zhì)的運(yùn)維團(tuán)隊(duì)

光伏電站智能化運(yùn)維管理服務(wù)涉及線上客服與線下實(shí)施，運(yùn)維服務(wù)的主要工作內(nèi)容是監(jiān)控管理、設(shè)備運(yùn)營(yíng)整修、打包售后服務(wù)及客戶投訴處理等。各項(xiàng)運(yùn)維服務(wù)工作的開展需要由專業(yè)的工作人員來執(zhí)行，以確保對(duì)系統(tǒng)中的故障問題進(jìn)行專業(yè)的排查與維護(hù)。如果涉及客戶投訴，需要有相應(yīng)的客服進(jìn)行溝通，以及時(shí)處理客戶反饋的問題。因此，運(yùn)維管理服務(wù)隊(duì)伍的專業(yè)性是滿足用戶需求的根本保障。一支高素質(zhì)的運(yùn)維服務(wù)團(tuán)隊(duì)不僅能夠提升系統(tǒng)問題的處理效率，在一定程度上提高光伏電站的經(jīng)濟(jì)效益，而且對(duì)于樹立電站企業(yè)的良好社會(huì)形象也尤為關(guān)鍵。

4.3 積極運(yùn)用先進(jìn)技術(shù)手段

光伏電站智能化運(yùn)維管理工作中需要積極運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)及云計(jì)算等技術(shù)。運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，能夠在故障問題發(fā)生的第一時(shí)間上報(bào)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)故障的修復(fù)、排除；應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)光伏電站的技術(shù)化管理，從而大大節(jié)省人工成本，大數(shù)據(jù)信息庫(kù)的建立可以為相關(guān)的運(yùn)維管理工作提供全面的數(shù)據(jù)信息，為管理業(yè)務(wù)流程的精細(xì)化提供重要的支撐。

4.4 鼓勵(lì)光伏電站的技術(shù)革新

隨著社會(huì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，光伏電站在實(shí)際應(yīng)用中要不斷革新，朝著數(shù)字化、智能化和高效化的方向發(fā)展。例如，可以對(duì)光伏電站現(xiàn)有低速傳輸通道進(jìn)行升級(jí)改造，確保光伏電站在視頻、語音等方面的通信傳輸?shù)母呷萘?、高穩(wěn)定性和有序性，將系統(tǒng)信息全部上傳到云上加以存儲(chǔ)，并通過大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)信息加以分析與展示，為工作人員的分析和決策提供重要依據(jù)[8]。同時(shí)，光伏電站智能化運(yùn)維需要積極引進(jìn)創(chuàng)新性理念，在滿足客戶利益和企業(yè)效益的條件下，推動(dòng)光伏電站朝著高精尖方向有序發(fā)展。

此外，在光伏電站智能化運(yùn)維工作中的運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的采集，相關(guān)傳輸過程由無線傳感網(wǎng)絡(luò)完成，具有智能化和微型化的特點(diǎn)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用能夠有效減少數(shù)據(jù)信息失真的情況，是光伏電站智能化運(yùn)維發(fā)展的重要方向。

5 結(jié)束語

綜上所述，在光伏電站智能化運(yùn)維管理中，需要在光伏電站智能化體系結(jié)構(gòu)下，積極引入先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)和專業(yè)的運(yùn)維管理隊(duì)伍，以保障光伏電站的正常、穩(wěn)定、高效運(yùn)轉(zhuǎn)。智能化運(yùn)維技術(shù)在光伏電站中的應(yīng)用，不僅提高了光伏電站的運(yùn)行效率，而且對(duì)于光伏電站運(yùn)維成本的控制十分有利，有利于提升光伏電站的經(jīng)濟(jì)效益，并顯著提升光伏電站的綜合效益。