浅析分布式光伏电站智能运维现状及发展

摘要：结合*家政策阐述了国内分布式光伏电站运维现状，讨论了现行条件下分布式光伏电站运维的商业模式和分布式光伏电站运维中涉及到的部分关键技术，分析未来光伏电站运维的发展方向，为光伏电站技术及运维人员提供一定的参考。

关键词：分布式光伏；运维；商业模式；趋势

安科瑞汪洋/汪小姐/汪女士（销售专员）联系方式：18702106706

0引言

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*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。本文以分布式光伏电站的运维为主题，结合*家政策阐述了国内分布式光伏电站运维现状；讨论了分布式光伏电站运维模式，分析了三种典型的运维模式———秀湖模式、林洋模式及爱康模式；概括了光伏电站运维中涉及到的部分关键技术及分布式光伏电站运维未来的发展趋势，并从中“互联网+”“大数据”及“物联

网”三个方面进行分析讨论。

1分布式光伏运维的政策及发展现状

分布式光伏借助装机容量小、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优势逐渐走入人们的视野。光伏发电的特点决定了光伏未来的主要应用方向是分布式，一旦度电成本低于工商业用电价格，分布式光伏将首先在工商业领域迅速推广，行业的成长性将*底爆发。

目前，国内扶持分布式的发展方向非常明确，各*家标准，导致光伏发电效率的降低和安全事故频发，分布式光伏电站亟需从技术层面解决运维的瓶颈问题，结合网络及智能技术的发展，光伏电站的运维开始趋于标准化和智能化，一站式监控、实时监测系统的应用使电站的运维管理更*效、便捷和*确。

2分布式光伏运维的商业模式

目前，中国分布式光伏电站运行维护技术复杂，相关补偿机制不完善，且尚未形成确保分布式光伏发电系统安全、稳定、*效运行、提高能源利用率的运行维护管理模式。目前国内企业通过不同的商业模式创新逐步解决这一问题，典型的主要有秀湖模式、林洋模式、爱康模式。

2.1秀湖模式

为解决多家企业的电费结算问题，嘉兴市秀湖区浙江科技孵化园园区管委会成立针对园区分布式电站的专业运维公司，接受园区内所有光伏电站投资企业的委托，提供光伏电站的运营、维护、电费收取结算等服务。同时，收取0.02元/(kW·h)设立统筹运维基金，专项用于电站建成以后因屋顶局部改建而产生的费用等。在这一模式下，分布式开发商解决了电费结算问题，园区*府分享到了园区内分布式电站建设的收益，实现互利共赢。

2.2林洋模式

林洋电子通过与电网合作，以运营和总承包（EPC）两种模式参与分布式电站建设。在运营模式方面，公司与电网旗下公司成立合资公司，其中由公司控股，投资建设分布式电站，公司负责电站日常运营，由电网负责电费结算等。在EPC模式方面，公司与电网旗下公司成立合资公司，其中由电网公司控股，投资建设分布式电站，公司主要以EPC的形式介入，实现一次性EPC收入。

2.3爱康模式

爱康科技通过与企业签订购售电合同的模式，进行分布式电站开发。同时，与当期电网签订合作协议，*要时依托电网进行电费结算，能够有效规避结算风险。以上三种典型运维模式各有优缺点，对比分析如表1所示。

3分布式光伏运维关键技术

3.1系统定位

在配电网接入的基础上，构建基于分布式电源的智能配电网：a)实现与调度系统的双向交互；b)兼作地区调度备用监控*心。该方案既能与地调融合，又能起到对原先系统的升级作用，一举两得。

3.2监控终端解决方案

分布式光伏电源投入较小，如何在充分压缩监控终端成本的基础上实现分布式光伏电源的保护、测控等功能成为关键。集成多种传统装置功能的分布式光伏并网接口装置高集成度、低成本的并网接口装置，可以解决监控终端成本问题。另外，接口装置*须整合符合电监会要求的信息加密功能，解决分布式光伏电源接入带来的信息安全问题。

3.3监控通信通道解决方案

分布式光伏电源投入较小，如何避免挖沟、埋光纤等耗资巨大的工程，降低通信通道建设成本是另外一个关键。无线通讯技术已经发展到4G时代，为解决通信通道建设成本问题，利用无线网络传输分布式光伏监控信息是*由之路。

3.4信息安全解决方案

信息安全解决方案是在终端、主站加装加密卡(软件)，常用的解决方案有：a)在并网接口装置中安装加密卡；b)在主站前置服务器上安装加密软件；c)加密卡和加密软件均获得电监会颁发的安全认证。

3.5智能型反孤岛技术

网侧孤岛自动检测技术通过检测上级断路器/开关状态和线路电压，自动判断识别非计划孤岛，控制操作开关自动投切扰动负载，破坏非计划孤岛运行，并将孤岛信息、开关动作信息等上传至配网管理系统，可以为电力检修作支撑。

3.6含储能的分布式光伏并网系统对配电网的调峰

利用两级式微型逆变器拓扑结构，将蓄电池并接于中间直流母线。前级升压电路控制光伏电池板的输出，实现*大功率跟踪控制，以提高太阳能利用率。后级为反激逆变器，实现对蓄电池的充放电控制及并网逆变控制，使逆变器始终工作在高功率状态，达到提高逆变器运行效率和实现电网负荷削峰填谷的目的。

4分布式光伏运维的未来发展趋势

2016年以来，在电价逐步下调的大背景之下，降本增效成为了光伏行业的主旋律。在此期间，将大数据、云计算、互联网、物联网等高新技术与传统光伏运营管理技术相结合的电站智能运维正逐步成为业界关注的焦点。

4.1互联网+

互联网+分布式光伏发电监控运维平台通过对实时运行数据的采集、计算、处理、分析、存储，结合天气状况对发电数据进行挖掘分析，建立业务专家知识库，实现一键体检、自动巡检等体检服务，及时发现电站运行故障或隐患，并基于消息推送技术、智能化派单技术完成自动化运维服务，提高光伏电站的发电效率，增加用户的发电收益。其中，一键体检、自动巡检、大数据分析*方位电站检查服务采用独立任务体方式控制，可扩展性强，适应不同业务的需求，内存采用缓存技术提高了任务处理、访问效率，减轻了服务器压力。

4.2大数据

国务院印发的《关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》针对“互联网+智慧能源”专项中指出，推进能源生产智能化鼓励能源企业运用大数据技术对设备状态、电能负载等数据进行分析挖掘与预测，开展*准调度、故障判断和预测性维护，提高能源利用效率和安全稳定运行水平；建设分布式能源网络，构建智能化电力运行监测、管理技术平台，使电力设备和用电终端基于互联网进行双向通信和智能调控，实现分布式电源的及时有效接入，逐步建成开放共享的能源网络。

对于光伏领域来说，要实现光伏设备的数字化和智能化，就需要利用计算机软件技术、计算机网络技术、远程实时监测技术、远程诊断技术、通信技术等，建立起一套*效、稳定的光伏电站远程监测/诊断系统，从而为光伏电站的正常运行和维护提供技术保障。“光伏大数据+监测/诊断”可为光伏系统的科学研究提供有用数据；可提高光伏电站的运行水平，从而降低光伏企业的运行维护成本，提升光伏电站的发电效益；可优化光伏企业的业务流程，使生产运行过程的资源与活动得到合理安排，进而提高企业的经济效益和市场竞争力。

4.3物联网

物联网，就是物物互联。通过不同的传感网络，将信息传感设备相互连接形成物品与物品的分布式系统，从而实现物品感知、识别、位置跟踪等功能。

远程抄表主要是通过远程智能终端的计量和数据采集，并通过网络或其他传输方式传送到特定系统的一种抄表方式，并在系统中完成其他形式的操作。

远程抄表系统工作周期通常以年为单位计算，关键设备需要24h实时监测，而复杂的现场环境决定要从系统功能、体系架构、软硬件系统的稳定性、设备功耗等角度进行评价，以智能化、小型化的监控系统为设计宗旨。而嵌入式系统则迎合了微型化、智能化的发展趋势，为远程抄表系统的建设提供了有效途径，嵌入式系统已成为远程抄表系统发展的方向之一。

嵌入式系统采用物联网的无线传感网络、电力线低压载波网络等技术完全能满足电力系统远程抄表的各项要求，保证电能量数据采集与存储的及时、可靠、准确。

5Acrel-2000MG充电站微电网能量管理系统

5.1平台概述

Acrel-2000MG微电网能量管理系统，是我司根据新型电力系统下微电网监控系统与微电网能量管理系统的要求，总结国内外的研究和生产的*进经验，专门研制出的企业微电网能量管理系统。本系统满足光伏系统、风力发电、储能系统以及充电站的接入，*进行数据采集分析，直接监视光伏、风能、储能系统、充电站运行状态及健康状况，是一个集监控系统、能量管理为一体的管理系统。该系统在安全稳定的基础上以经济优化运行为目标，促进可再生能源应用，提高电网运行稳定性、补偿负荷波动；有效实现用户侧的需求管理、消除昼夜峰谷差、平滑负荷，提高电力设备运行效率、降低供电成本。为企业微电网能量管理提供安全、可靠、经济运行提供了全新的解决方案。

微电网能量管理系统应采用分层分布式结构，整个能量管理系统在物理上分为三个层：设备层、网络通信层和站控层。站级通信网络采用标准以太网及TCP/IP通信协议，物理媒介可以为光纤、网线、屏蔽双绞线等。系统支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信规约。

5.2平台适用场合

系统可应用于城市、高速公路、工业园区、工商业区、居民区、智能建筑、海岛、无电地区可再生能源系统监控和能量管理需求。

5.3系统架构

本平台采用分层分布式结构进行设计，即站控层、网络层和设备层，详细拓扑结构如下：

图1典型微电网能量管理系统组网方式

6充电站微电网能量管理系统解决方案

6.1实时监测

微电网能量管理系统人机界面友好，应能够以系统一次电气图的形式直观显示各电气回路的运行状态，实时监测光伏、风电、储能、充电站等各回路电压、电流、功率、功率因数等电参数信息，动态监视各回路断路器、隔离开关等合、分闸状态及有关故障、告警等信号。其中，各子系统回路电参量主要有：相电压、线电压、三相电流、有功/无功功率、视在功率、功率因数、频率、有功/无功电度、频率和正向有功电能累计值；状态参数主要有：开关状态、断路器故障脱扣告警等。

系统应可以对分布式电源、储能系统进行发电管理，使管理人员实时掌握发电单元的出力信息、收益信息、储能荷电状态及发电单元与储能单元运行功率设置等。

系统应可以对储能系统进行状态管理，能够根据储能系统的荷电状态进行及时告警，并支持定期的电池维护。

微电网能量管理系统的监控系统界面包括系统主界面，包含微电网光伏、风电、储能、充电站及总体负荷组成情况，包括收益信息、天气信息、节能减排信息、功率信息、电量信息、电压电流情况等。根据不同的需求，也可将充电，储能及光伏系统信息进行显示。

图1系统主界面

子界面主要包括系统主接线图、光伏信息、风电信息、储能信息、充电站信息、通讯状况及一些统计列表等。

6.1.1光伏界面

图2光伏系统界面

本界面用来展示对光伏系统信息，主要包括逆变器直流侧、交流侧运行状态监测及报警、逆变器及电站发电量统计及分析、并网柜电力监测及发电量统计、电站发电量年有效利用小时数统计、发电收益统计、碳减排统计、辐照度/风力/环境温湿度监测、发电功率模拟及效率分析；同时对系统的总功率、电压电流及各个逆变器的运行数据进行展示。

6.1.2储能界面

图3储能系统界面

本界面主要用来展示本系统的储能装机容量、储能当前充放电量、收益、SOC变化曲线以及电量变化曲线。

图4储能系统PCS参数设置界面

本界面主要用来展示对PCS的参数进行设置，包括开关机、运行模式、功率设定以及电压、电流的限值。

图5储能系统BMS参数设置界面

本界面用来展示对BMS的参数进行设置，主要包括电芯电压、温度保护限值、电池组电压、电流、温度限值等。

图6储能系统PCS电网侧数据界面

本界面用来展示对PCS电网侧数据，主要包括相电压、电流、功率、频率、功率因数等。

图7储能系统PCS交流侧数据界面

本界面用来展示对PCS交流侧数据，主要包括相电压、电流、功率、频率、功率因数、温度值等。同时针对交流侧的异常信息进行告警。

图8储能系统PCS直流侧数据界面

本界面用来展示对PCS直流侧数据，主要包括电压、电流、功率、电量等。同时针对直流侧的异常信息进行告警。

图9储能系统PCS状态界面

本界面用来展示对PCS状态信息，主要包括通讯状态、运行状态、STS运行状态及STS故障告警等。

图10储能电池状态界面

本界面用来展示对BMS状态信息，主要包括储能电池的运行状态、系统信息、数据信息以及告警信息等，同时展示当前储能电池的SOC信息。

图11储能电池簇运行数据界面

本界面用来展示对电池簇信息，主要包括储能各模组的电芯电压与温度，并展示当前电芯的电压、温度值及所对应的位置。

6.1.3风电界面

图12风电系统界面

本界面用来展示对风电系统信息，主要包括逆变控制一体机直流侧、交流侧运行状态监测及报警、逆变器及电站发电量统计及分析、电站发电量年有效利用小时数统计、发电收益统计、碳减排统计、风速/风力/环境温湿度监测、发电功率模拟及效率分析；同时对系统的总功率、电压电流及各个逆变器的运行数据进行展示。

6.1.4充电站界面

图13充电站界面

本界面用来展示对充电站系统信息，主要包括充电站用电总功率、交直流充电站的功率、电量、电量费用，变化曲线、各个充电站的运行数据等。

6.1.5视频监控界面

图14微电网视频监控界面

本界面主要展示系统所接入的视频画面，且通过不同的配置，实现预览、回放、管理与控制等。

6.1.6发电预测

系统应可以通过历史发电数据、实测数据、未来天气预测数据，对分布式发电进行短期、超短期发电功率预测，并展示合格率及误差分析。根据功率预测可进行人工输入或者自动生成发电计划，便于用户对该系统新能源发电的集中管控。

图15光伏预测界面

6.1.7策略配置

系统应可以根据发电数据、储能系统容量、负荷需求及分时电价信息，进行系统运行模式的设置及不同控制策略配置。如削峰填谷、周期计划、需量控制、防逆流、有序充电、动态扩容等。

具体策略根据项目实际情况（如储能柜数量、负载功率、光伏系统能力等）进行接口适配和策略调整，同时支持定制化需求。

图16策略配置界面

6.1.8运行报表

应能查询各子系统、回路或设备*时间的运行参数，报表中显示电参量信息应包括：各相电流、三相电压、总功率因数、总有功功率、总无功功率、正向有功电能、尖峰平谷时段电量等。

图17运行报表

6.1.9实时报警

应具有实时报警功能，系统能够对各子系统中的逆变器、双向变流器的启动和关闭等遥信变位，及设备内部的保护动作或事故跳闸时应能发出告警，应能实时显示告警事件或跳闸事件，包括保护事件名称、保护动作时刻；并应能以弹窗、声音、短信和电话等形式通知相关人员。

图18实时告警

6.1.10历史事件查询

应能够对遥信变位，保护动作、事故跳闸，以及电压、电流、功率、功率因数、电芯温度（锂离子电池）、压力（液流电池）、光照、风速、气压越限等事件记录进行存储和管理，方便用户对系统事件和报警进行历史追溯，查询统计、事故分析。

图19历史事件查询

6.1.11电能质量监测

应可以对整个微电网系统的电能质量包括稳态状态和暂态状态进行持续监测，使管理人员实时掌握供电系统电能质量情况，以便及时发现和消除供电不稳定因素。

1）在供电系统主界面上应能实时显示各电能质量监测点的监测装置通信状态、各监测点的A/B/C相电压总畸变率、三相电压不平衡度*和正序/负序/零序电压值、三相电流不平衡度*和正序/负序/零序电流值；

2）谐波分析功能：系统应能实时显示A/B/C三相电压总谐波畸变率、A/B/C三相电流总谐波畸变率、奇次谐波电压总畸变率、奇次谐波电流总畸变率、偶次谐波电压总畸变率、偶次谐波电流总畸变率；应能以柱状图展示2-63次谐波电压含有率、2-63次谐波电压含有率、0.5～63.5次间谐波电压含有率、0.5～63.5次间谐波电流含有率；

3）电压波动与闪变：系统应能显示A/B/C三相电压波动值、A/B/C三相电压短闪变值、A/B/C三相电压长闪变值；应能提供A/B/C三相电压波动曲线、短闪变曲线和长闪变曲线；应能显示电压偏差与频率偏差；

4）功率与电能计量：系统应能显示A/B/C三相有功功率、无功功率和视在功率；应能显示三相总有功功率、总无功功率、总视在功率和总功率因素；应能提供有功负荷曲线，包括日有功负荷曲线（折线型）和年有功负荷曲线（折线型）；

5）电压暂态监测：在电能质量暂态事件如电压暂升、电压暂降、短时中断发生时，系统应能产生告警，事件能以弹窗、闪烁、声音、短信、电话等形式通知相关人员；系统应能查看相应暂态事件发生前后的波形。

6）电能质量数据统计：系统应能显示1min统计整2h存储的统计数据，包括均值、*值、*值、95%概率值、方均根值。

7）事件记录查看功能：事件记录应包含事件名称、状态（动作或返回）、波形号、越限值、故障持续时间、事件发生的时间。

图20微电网系统电能质量界面

6.1.12遥控功能

应可以对整个微电网系统范围内的设备进行远程遥控操作。系统维护人员可以通过管理系统的主界面完成遥控操作，并遵循遥控预置、遥控返校、遥控执行的操作顺序，可以及时执行调度系统或站内相应的操作命令。

图21遥控功能

6.1.13曲线查询

应可在曲线查询界面，可以直接查看各电参量曲线，包括三相电流、三相电压、有功功率、无功功率、功率因数、SOC、SOH、充放电量变化等曲线。

图22曲线查询

6.1.14统计报表

具备定时抄表汇总统计功能，用户可以自由查询自系统正常运行以来任意时间段内各配电节点的发电、用电、充放电情况，即该节点进线用电量与各分支回路消耗电量的统计分析报表。对微电网与外部系统间电能量交换进行统计分析；对系统运行的节能、收益等分析；具备对微电网供电可靠性分析，包括年停电时间、年停电次数等分析；具备对并网型微电网的并网点进行电能质量分析。

图23统计报表

6.1.15网络拓扑图

系统支持实时监视接入系统的各设备的通信状态，能够完整的显示整个系统网络结构；可在线诊断设备通信状态，发生网络异常时能自动在界面上显示故障设备或元件及其故障部位。

图24微电网系统拓扑界面

本界面主要展示微电网系统拓扑，包括系统的组成内容、电网连接方式、断路器、表计等信息。

6.1.16通信管理

可以对整个微电网系统范围内的设备通信情况进行管理、控制、数据的实时监测。系统维护人员可以通过管理系统的主程序右键打开通信管理程序，然后选择通信控制启动所有端口或某个端口，快速查看某设备的通信和数据情况。通信应支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信规约。

图25通信管理

6.1.17用户权限管理

应具备设置用户权限管理功能。通过用户权限管理能够防止未经授权的操作（如遥控操作，运行参数修改等）。可以定义不同级别用户的登录名、密码及操作权限，为系统运行、维护、管理提供可靠的安全保障。

图26用户权限

6.1.18故障录波

应可以在系统发生故障时，自动准确地记录故障前、后过程的各相关电气量的变化情况，通过对这些电气量的分析、比较，对分析处理事故、判断保护是否正确动作、提高电力系统安全运行水平有着重要作用。其中故障录波共可记录16条，每条录波可触发6段录波，每次录波可记录故障前8个周波、故障后4个周波波形，总录波时间共计46s。每个采样点录波至少包含12个模拟量、10个开关量波形。

图27故障录波

6.1.19事故追忆

可以自动记录事故时刻前后一段时间的所有实时扫描数据，包括开关位置、保护动作状态、遥测量等，形成事故分析的数据基础。

用户可自定义事故追忆的启动事件，当每个事件发生时，存储事故前10个扫描周期及事故后10个扫描周期的有关点数据。启动事件和监视的数据点可由用户随意修改。

6.2硬件及其配套产品

序号	设备	型号	图片	说明
1	能量管理系统	Acrel-2000MG		内部设备的数据采集与监控，由通信管理机、工业平板电脑、串口服务器、遥信模块及相关通信辅件组成。 数据采集、上传及转发至服务器及协同控制装置 策略控制:计划曲线、需量控制、削峰填谷、备用电源等
2	显示器	25.1英寸液晶显示器		系统软件显示载体
3	UPS电源	UPS2000-A-2-KTTS		为监控主机提供后备电源
4	打印机	HP108AA4		用以打印操作记录，参数修改记录、参数越限、复限，系统事故，设备故障，保护运行等记录，以召唤打印为主要方式
5	音箱	R19U		播放报警事件信息
6	工业网络交换机	D-LINKDES-1016A16		提供16口百兆工业网络交换机解决了通信实时性、网络安全性、本质安全与安全防爆技术等技术问题
7	GPS时钟	ATS1200GB		利用gps同步卫星信号，接收1pps和串口时间信息，将本地的时钟和gps卫星上面的时间进行同步
8	交流计量电表	AMC96L-E4/KC		电力参数测量(如单相或者三相的电流、电压、有功功率、无功功率、视在功率,频率、功率因数等)、复费率电能计量、 四象限电能计量、谐波分析以及电能监测和考核管理。多种外围接口功能:带有RS485/MODBUS-RTU协议:带开关量输入和继电器输出可实现断路器开关的"遜信“和“遥控”的功能
9	直流计量电表	PZ96L-DE		可测量直流系统中的电压、电流、功率、正向与反向电能。可带RS485通讯接口、模拟量数据转换、开关量输入/输出等功能
10	电能质量监测	APView500		实时监测电压偏差、频率俯差、三相电压不平衡、电压波动和闪变、诺波等电能质量，记录各类电能质量事件,定位扰动源。
11	防孤岛装置	AM5SE-IS		防孤岛保护装置，当外部电网停电后断开和电网连接
12	箱变测控装置	AM6-PWC		置针对光伏、风能、储能升压变不同要求研发的集保护，测控，通讯一体化装置，具备保护、通信管理机功能、环网交换机功能的测控装置
13	通信管理机	ANet-2E851		能够根据不同的采集规的进行水表、气表、电表、微机保护等设备终端的数据果集汇总: 提供规约转换、透明转发、数据加密压缩、数据转换、边缘计算等多项功能:实时多任务并行处理数据采集和数据转发，可多路上送平台据:
14	串口服务器	Aport		功能:转换“辅助系统"的状态数据，反馈到能量管理系统中。 1)空调的开关，调温，及完全断电(二次开关实现) 2)上传配电柜各个空开信号 3)上传UPS内部电量信息等 4)接入电表、BSMU等设备
15	遥信模块	ARTU-K16		1)反馈各个设备状态，将相关数据到串口服务器: 读消防VO信号，并转发给到上层(关机、事件上报等) 2)采集水浸传感器信息，并转发3)给到上层(水浸信号事件上报) 4)读取门禁程传感器信息，并转发

7结束语

一个好的光伏电站运维不但要实现发电端的智能化运营维护、降低维护成本，而且要及时对光伏电站的逆变器和组串故障进行预防性报警，并*大限度减少光伏电站的发电量损失，提高光伏电站的发电效率。通过对政策、运维模式及关键技术的分析可以看出，随着光伏行业的持续发展，*进、*效、智能化成为光伏电站运维管理的新要求，为了提高发电效率、降低运营成本，分布式光伏电站的运维管理朝智能化方向发展已经成为趋势。

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审核编辑 黄宇