基于云平台的光伏电站运维管理系统设计于东亚

基于云平台的光伏电站运维管理系统设计于东亚

于东亚

（无锡金玉源新能源科技有限公司无锡市214000）

摘要：太阳能发电是新能源开发利用的主要方向之一，而分布式光伏电站以其装机容量小、初始投资和后期运维成本低、建设周期短、能够实现就近供电等特点决定了它是当前太阳能在用电侧大规模直接开发利用的最佳途径，然而分布式光伏电站的运维与传统电站的运维完全不同，对电站的管理是个很大的挑战。

关键词：云平台；光伏电站运维管理系统设计；

近年来，在新能源光伏发电领域，随着国家政策的大力扶持，以及相对开放利好的市场环境，投资光伏发电的企业集团数量及集团下新建的光伏电站数量、规模都在逐年增加。但在光伏发电行业欣欣向荣的光鲜背景下，存在着诸多问题，尤其是发电企业集团对旗下光伏电站的运维管理方面，大多数光伏发电企业集团的运维管理水平或手段都远远不能匹配其电站建设的速度。

一、光伏电站的概述

1.太阳能利用。在当前能源危机越来越严重的情况下，对可再生资源的开发与利用成为当今世界社的重要讨论和发展的问题。我国在能源领域的主要任务和工作重点是加快我国能源结构调整的步伐，不断加强我国绿色能源的开发及实际生产能力。太阳能作为新能源的一种，得到了社会的广泛关注。在多年的探索实践中表明，这一技术是切实可行的。

2.光伏电站。光伏电站是指一种利用太阳能资源，采用现代化的特殊材料（晶硅板、逆变器等电子元器件）组成的发电系统，并与其他电网相连输送电力的光伏发电体系。光伏电站是目前我国家鼓励力度最大的绿色能源开发项目之一。太阳能光伏电站一般有两种建设形式，可分为独立发电系统（带蓄电池）和并网发电系统（不带蓄电池）两种，太阳能资源的发电模式可分为光热发电模式和光伏发电模式，现阶段的太阳能发电大多是指太阳能资源的光伏发电模式。

3.光伏电站的主要组成部分。光伏电站发电系统主要是由太阳能电池矩阵、蓄电池组、控制设备、逆变器设备、太阳能跟踪控制系统等设备组成。

二、云平台的光伏电站运维管理系统设计

1.云计算。随着计算机网络技术的发展，各种虚拟化技术的提升，以及各企事业单位对资源优化和应用服务量级扩展的强烈需求，云计算便应运而生，它是一种基于互联网的分布式计算方式，通过将以网络相连的计算资源运用虚拟化等技术，为用户提供方便的体验和低廉的成本。该方式具有高可靠性、高扩展性、高可用性、虚拟技术、廉价性等特点。云计算的组成可分为6个部分，它们由下至上分别是：基础设施、存储、平台、应用、服务和客户端。相关的技术包括虚拟化技术、分布式并行计算、海量存储等。云计算按服务类型可分为基础设施云、平台云、应用云，按服务方式可分为公有云、私有云和混合云。在新能源光伏发电领域，由于市场开发以及政策的利好，进入该领域的企业集团越来越多，而且企业集团下电站是逐步规划，分批建设，因此，其运维平台若想平滑扩展，采用云计算技术成为不错的选择。在市场上，目前虽已存在像阿里云、百度云、腾讯云等成熟的公有云，且这些公有云在某些领域已取得了较好的使用率和推广度，但在新能源光伏发电领域，由于与传统的电力系统关系比较密切，数据保密性等各方面的原因，一些企业集团对公有云的接受度不是很高。相反，私有云的方式更易于被接受。从长远的角度来着，混合云、公有云是发展方向，因此，光伏电站的系统若要有较好的适应性，应能在各种云平台间平滑迁移。

2.系统架构设计。智能光伏电站集中运维系统的整体架构主要包括数据接入层、数据存储层、基础平台层，应用功能层和数据展示层，其中数据接入层主要用来适配采集各光伏电站的数据子系统，根据不同的应用场景，总体上分为有线网络接入方式、无线网络接入方式，通信协议包括Modbus、IEC104、GPRS等；数据存储层保存业务数据和实时数据，其存储模式包括关系数据模式，NoSQL的结构化数据模式以及文件方式；架构平台层主要提供基础的云平台大数据及其他基础技术支撑，包括安全认证、Hadoop体系等；应用功能层主要包含系统的基础功能，可根据不同的应用场景定制，主要包括监控、生产分析、故障诊断等功能；展示层主要包含系统各功能的不同展示方式。另外，随着光伏发电企业集团的发展，新的光伏电站不断接入，系统采用私有云平台来平滑扩展系统性能，以满足这种持续扩容的需求。通过在硬件设备上部署云操作系统，使新增设备对已使用用户透明。

3.系统数据采集智能光伏电站集中运维系统与光伏电站之间的数据传输仍然沿用目前电力系统中主子站间的通信规约IEC104，在集中运维系统中部署主站104，在光伏电站端部署子站104，实现数据的上传下达。对于集中运维系统在光伏电站端的子站，考虑到光伏电站与运维中心之间一般采用公网进行数据传输，需要进行安全分区，且分区之间需要进行物理隔离。因此，在光伏电站端，设计了大数据子系统作为集中运维系统的子站系统，除了能与集中运维系统的主站104进行数据通信功能外，还作为站内系统与外网环境的连接通道和桥梁，对站内系统起到安全屏障作用。集中运维系统的子站系统包括前置采集单元，安全隔离单元及通信单元3部分，其中前置采集单元负责收集站端信息；安全隔离单元实现站内与站外的安全隔离，保障站内数据的绝对安全；通信单元中部署子站104负责与集团端集中运维系统中的主站104进行数据交互。由于光伏电站的集团化运营，因而集中运维系统所接入电站的总装机容量大，而且光伏电站的数据采集量大，一般30MW的光伏电站，其采集点数能达到7万，由于数据量大，需要采集大数据计算框架。智能光伏电站集中运维系统的数据采集和处理流程为：1）从电站端采集的数据进入内存数据库，保存某时刻或一段时间内各电站某一个断面的数据，一些实时的应用可直接基于内存数据库进行处理，如实时告警。2）内存数据库中的断面数据会保存到系统的大数据处理框架中，如Hadoop框架的HDFS中，大数据处理框架将对采集的数据进行统计分析等运算，并将运算结果保存到关系数据库中，关系数据库中除了存储大数据处理框架的运算结果外，还储存了集中运维系统的一些基本信息，如集团及各光伏电站的基础数据信息、人员信息等。

4.典型业务场景分析。智能光伏电站集中运维系统实现了从设备运行风险预警，到运维任务排程，再到运维过程中任务指导及运维过程记录，运维完成后对运维任务完成状况及运维人员的综合评价，再到运维知识库的管理，形成了闭环管控。系统通过数据采集模块采集集团下各电站逆变器、汇流箱等设备运行数据，并在同类型电站、设备间通过大数据方法进行的横向、纵向多维度的对比分析，再通过KPI进行集中展示，当发现电站或设备KPI指标异常时，产生告警，并根据异常设备与运维人员自动配置进行智能排程，并将告警和运维任务单推送到运维值班长的移动终端APP中，由运维值班长进行任务单确认和分发到具体的运维人员。运维任务通过移动终端APP接收到运维任务后，可通过APP中的专家会诊（音频、视频、发信息）功能请求其他运维专家协助，当任务执行完成后，运维人员可通过APP填写任务的执行详情（具体的操作步骤），并确认任务完成。运维值班长能查看已完成的任务，并能对该任务的执行情况进行评价，还可推荐该任务的运维方法到运维知识库，供下次类似的运维任务在进行智能排程时推荐运维方法。

我国光伏产业发展迅速，在国家政策的引导下，光伏电站的运行逐渐多元化，为了更好地提供发电服务，保障电站的安全高效运行，智能化运维是未来光伏电站运维技术的发展趋势，不仅可降低运营成本、提高电站收益，综合优势也很明显。

参考文献：

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［2］尹高群.光伏电站运维管理的研究［J］.中国科技投资，2017（7）：197.

［3］彭建宇，李春来，刘皓明，等.分布式发电运维模式分析［J］.电力需求侧管理，2016，18（2）：21-25.