安科瑞 陳聰

摘要：結合*家政策闡述了國內分布式光伏電站運維現狀，討論了現行條件下分布式光伏電站運維的商業模式和分布式光伏電站運維中涉及到的部分關鍵技術，分析未來光伏電站運維的發展方向，為光伏電站技術及運維人員提供一定的參考。

關鍵詞：分布式光伏；運維；商業模式；趨勢

0引言

太陽能發電是新能源開發利用的主要方向之一，而分布式光伏電站以其裝機容量小、初始投資和后期運維成本低、建設周期短、能夠實現就近供電等特點決定了它是當前太陽能在用電側大規模直接開發利用的*佳途徑，然而分布式光伏電站的運維與傳統電站的運維完*不同，對電站的管理是個很大的挑戰。本文以分布式光伏電站的運維為主題，結合*家政策闡述了國內分布式光伏電站運維現狀；討論了分布式光伏電站運維模式，分析了三種典型的運維模式———秀湖模式、林洋模式及愛康模式；概括了光伏電站運維中涉及到的部分關鍵技術及分布式光伏電站運維未來的發展趨勢，并從中“互聯網+”“大數據”及“物聯

網”三個方面進行分析討論。

1分布式光伏運維的政策及發展現狀

分布式光伏借助裝機容量小、初始投資和后期運維成本低、建設周期短、能夠實現就近供電等優勢逐漸走入人們的視野。光伏發電的特點決定了光伏未來的主要應用方向是分布式，一旦度電成本低于工商業用電價格，分布式光伏將首先在工商業領域迅速推廣，行業的成長性將*底爆發。

目前，國內扶持分布式的發展方向非常明確，各*家標準，導致光伏發電效率的降低和安全事故頻發，分布式光伏電站亟需從技術層面解決運維的瓶頸問題，結合網絡及智能技術的發展，光伏電站的運維開始趨于標準化和智能化，一站式監控、實時監測系統的應用使電站的運維管理更*效、便捷和*確。

2分布式光伏運維的商業模式

目前，中國分布式光伏電站運行維護技術復雜，相關補償機制不*，且尚未形成確保分布式光伏發電系統安全、穩定、*效運行、提高能源利用率的運行維護管理模式。目前國內企業通過不同的商業模式創新逐步解決這一問題，典型的主要有秀湖模式、林洋模式、愛康模式。

2.1秀湖模式

為解決多家企業的電費結算問題，嘉興市秀湖區浙江科技孵化園園區管委會成立針對園區分布式電站的專業運維公司，接受園區內所有光伏電站投資企業的委托，提供光伏電站的運營、維護、電費收取結算等服務。同時，收取0.02元/(kW·h)設立統籌運維基金，專項用于電站建成以后因屋頂局部改建而產生的費用等。在這一模式下，分布式開發商解決了電費結算問題，園區*府分享到了園區內分布式電站建設的收益，實現互利共贏。

2.2林洋模式

林洋電子通過與電網合作，以運營和總承包（EPC）兩種模式參與分布式電站建設。在運營模式方面，公司與電網旗下公司成立合資公司，其中由公司控股，投資建設分布式電站，公司負責電站日常運營，由電網負責電費結算等。在EPC模式方面，公司與電網旗下公司成立合資公司，其中由電網公司控股，投資建設分布式電站，公司主要以EPC的形式介入，實現一次性EPC收入。

2.3愛康模式

愛康科技通過與企業簽訂購售電合同的模式，進行分布式電站開發。同時，與當期電網簽訂合作協議，*要時依托電網進行電費結算，能夠有效規避結算風險。以上三種典型運維模式各有優缺點，對比分析如表1所示。

3分布式光伏運維關鍵技術

3.1系統定位

在配電網接入的基礎上，構建基于分布式電源的智能配電網：a)實現與調度系統的雙向交互；b)兼作地區調度備用監控*心。該方案既能與地調融合，又能起到對原先系統的升級作用，一舉兩得。

3.2監控終端解決方案

分布式光伏電源投入較小，如何在充分壓縮監控終端成本的基礎上實現分布式光伏電源的保護、測控等功能成為關鍵。集成多種傳統裝置功能的分布式光伏并網接口裝置高集成度、低成本的并網接口裝置，可以解決監控終端成本問題。另外，接口裝置*須整合符合電監會要求的信息加密功能，解決分布式光伏電源接入帶來的信息安全問題。

3.3監控通信通道解決方案

分布式光伏電源投入較小，如何避免挖溝、埋光纖等耗資巨大的工程，降低通信通道建設成本是另外一個關鍵。無線通訊技術已經發展到4G時代，為解決通信通道建設成本問題，利用無線網絡傳輸分布式光伏監控信息是*由之路。

3.4信息安*解決方案

信息安*解決方案是在終端、主站加裝加密卡(軟件)，常用的解決方案有：a)在并網接口裝置中安裝加密卡；b)在主站前置服務器上安裝加密軟件；c)加密卡和加密軟件均獲得電監會頒發的安全認證。

3.5智能型反孤島技術

網側孤島自動檢測技術通過檢測上級斷路器/開關狀態和線路電壓，自動判斷識別非計劃孤島，控制操作開關自動投切擾動負載，破壞非計劃孤島運行，并將孤島信息、開關動作信息等上傳至配網管理系統，可以為電力檢修作支撐。

3.6含儲能的分布式光伏并網系統對配電網的調峰

利用兩級式微型逆變器拓撲結構，將蓄電池并接于中間直流母線。前級升壓電路控制光伏電池板的輸出，實現*大功率跟蹤控制，以提高太陽能利用率。后級為反激逆變器，實現對蓄電池的充放電控制及并網逆變控制，使逆變器始終工作在高功率狀態，達到提高逆變器運行效率和實現電網負荷削峰填谷的目的。

4分布式光伏運維的未來發展趨勢

2016年以來，在電價逐步下調的大背景之下，降本增效成為了光伏行業的主旋律。在此期間，將大數據、云計算、互聯網、物聯網等高新技術與傳統光伏運營管理技術相結合的電站智能運維正逐步成為業界關注的焦點。

4.1互聯網+

互聯網+分布式光伏發電監控運維平臺通過對實時運行數據的采集、計算、處理、分析、存儲，結合天氣狀況對發電數據進行挖掘分析，建立業務專家知識庫，實現一鍵體檢、自動巡檢等體檢服務，及時發現電站運行故障或隱患，并基于消息推送技術、智能化派單技術完成自動化運維服務，提高光伏電站的發電效率，增加用戶的發電收益。其中，一鍵體檢、自動巡檢、大數據分析*方位電站檢查服務采用獨立任務體方式控制，可擴展性強，適應不同業務的需求，內存采用緩存技術提高了任務處理、訪問效率，減輕了服務器壓力。

4.2大數據

國務院印發的《關于積極推進“互聯網+”行動的指導意見》針對“互聯網+智慧能源”專項中指出，推進能源生產智能化鼓勵能源企業運用大數據技術對設備狀態、電能負載等數據進行分析挖掘與預測，開展*準調度、故障判斷和預測性維護，提高能源利用效率和安全穩定運行水平；建設分布式能源網絡，構建智能化電力運行監測、管理技術平臺，使電力設備和用電終端基于互聯網進行雙向通信和智能調控，實現分布式電源的及時有效接入，逐步建成開放共享的能源網絡。

對于光伏領域來說，要實現光伏設備的數字化和智能化，就需要利用計算機軟件技術、計算機網絡技術、遠程實時監測技術、遠程診斷技術、通信技術等，建立起一套*效、穩定的光伏電站遠程監測/診斷系統，從而為光伏電站的正常運行和維護提供技術保障。“光伏大數據+監測/診斷”可為光伏系統的科學研究提供有用數據；可提高光伏電站的運行水平，從而降低光伏企業的運行維護成本，提升光伏電站的發電效益；可優化光伏企業的業務流程，使生產運行過程的資源與活動得到合理安排，進而提高企業的經濟效益和市場競爭力。

4.3物聯網

物聯網，就是物物互聯。通過不同的傳感網絡，將信息傳感設備相互連接形成物品與物品的分布式系統，從而實現物品感知、識別、位置跟蹤等功能。

遠程抄表主要是通過遠程智能終端的計量和數據采集，并通過網絡或其他傳輸方式傳送到特定系統的一種抄表方式，并在系統中完成其他形式的操作。

遠程抄表系統工作周期通常以年為單位計算，關鍵設備需要24h實時監測，而復雜的現場環境決定要從系統功能、體系架構、軟硬件系統的穩定性、設備功耗等角度進行評價，以智能化、小型化的監控系統為設計宗旨。而嵌入式系統則迎合了微型化、智能化的發展趨勢，為遠程抄表系統的建設提供了有效途徑，嵌入式系統已成為遠程抄表系統發展的方向之一。

嵌入式系統采用物聯網的無線傳感網絡、電力線低壓載波網絡等技術完*能滿足電力系統遠程抄表的各項要求，保證電能量數據采集與存儲的及時、可靠、準確。

5Acrel-2000MG充電站微電網能量管理系統

5.1平臺概述

Acrel-2000MG微電網能量管理系統，是我司根據新型電力系統下微電網監控系統與微電網能量管理系統的要求，總結國內外的研究和生產的*進經驗，專門研制出的企業微電網能量管理系統。本系統滿足光伏系統、風力發電、儲能系統以及充電站的接入，*進行數據采集分析，直接監視光伏、風能、儲能系統、充電站運行狀態及健康狀況，是一個集監控系統、能量管理為一體的管理系統。該系統在安全穩定的基礎上以經濟優化運行為目標，促進可再生能源應用，提高電網運行穩定性、補償負荷波動；有效實現用戶側的需求管理、消除晝夜峰谷差、平滑負荷，提高電力設備運行效率、降低供電成本。為企業微電網能量管理提供安全、可靠、經濟運行提供了全新的解決方案。

微電網能量管理系統應采用分層分布式結構，整個能量管理系統在物理上分為三個層：設備層、網絡通信層和站控層。站級通信網絡采用標準以太網及TCP/IP通信協議，物理媒介可以為光纖、網線、屏蔽雙絞線等。系統支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信規約。

5.2平臺適用場合

系統可應用于城市、高速公路、工業園區、工商業區、居民區、智能建筑、海島、無電地區可再生能源系統監控和能量管理需求。

5.3系統架構

本平臺采用分層分布式結構進行設計，即站控層、網絡層和設備層，詳細拓撲結構如下：

圖1典型微電網能量管理系統組網方式

6充電站微電網能量管理系統解決方案

6.1實時監測

微電網能量管理系統人機界面友好，應能夠以系統一次電氣圖的形式直觀顯示各電氣回路的運行狀態，實時監測光伏、風電、儲能、充電站等各回路電壓、電流、功率、功率因數等電參數信息，動態監視各回路斷路器、隔離開關等合、分閘狀態及有關故障、告警等信號。其中，各子系統回路電參量主要有：相電壓、線電壓、三相電流、有功/無功功率、視在功率、功率因數、頻率、有功/無功電度、頻率和正向有功電能累計值；狀態參數主要有：開關狀態、斷路器故障脫扣告警等。

系統應可以對分布式電源、儲能系統進行發電管理，使管理人員實時掌握發電單元的出力信息、收益信息、儲能荷電狀態及發電單元與儲能單元運行功率設置等。

系統應可以對儲能系統進行狀態管理，能夠根據儲能系統的荷電狀態進行及時告警，并支持定期的電池維護。

微電網能量管理系統的監控系統界面包括系統主界面，包含微電網光伏、風電、儲能、充電站及總體負荷組成情況，包括收益信息、天氣信息、節能減排信息、功率信息、電量信息、電壓電流情況等。根據不同的需求，也可將充電，儲能及光伏系統信息進行顯示。

圖1系統主界面

子界面主要包括系統主接線圖、光伏信息、風電信息、儲能信息、充電站信息、通訊狀況及一些統計列表等。

6.1.1光伏界面

圖2光伏系統界面

本界面用來展示對光伏系統信息，主要包括逆變器直流側、交流側運行狀態監測及報警、逆變器及電站發電量統計及分析、并網柜電力監測及發電量統計、電站發電量年有效利用小時數統計、發電收益統計、碳減排統計、輻照度/風力/環境溫濕度監測、發電功率模擬及效率分析；同時對系統的總功率、電壓電流及各個逆變器的運行數據進行展示。

6.1.2儲能界面

圖3儲能系統界面

本界面主要用來展示本系統的儲能裝機容量、儲能當前充放電量、收益、SOC變化曲線以及電量變化曲線。

圖4儲能系統PCS參數設置界面

本界面主要用來展示對PCS的參數進行設置，包括開關機、運行模式、功率設定以及電壓、電流的限值。

圖5儲能系統BMS參數設置界面

本界面用來展示對BMS的參數進行設置，主要包括電芯電壓、溫度保護限值、電池組電壓、電流、溫度限值等。

圖6儲能系統PCS電網側數據界面

本界面用來展示對PCS電網側數據，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數等。

圖7儲能系統PCS交流側數據界面

本界面用來展示對PCS交流側數據，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數、溫度值等。同時針對交流側的異常信息進行告警。

圖8儲能系統PCS直流側數據界面

本界面用來展示對PCS直流側數據，主要包括電壓、電流、功率、電量等。同時針對直流側的異常信息進行告警。

圖9儲能系統PCS狀態界面

本界面用來展示對PCS狀態信息，主要包括通訊狀態、運行狀態、STS運行狀態及STS故障告警等。

圖10儲能電池狀態界面

本界面用來展示對BMS狀態信息，主要包括儲能電池的運行狀態、系統信息、數據信息以及告警信息等，同時展示當前儲能電池的SOC信息。

圖11儲能電池簇運行數據界面

本界面用來展示對電池簇信息，主要包括儲能各模組的電芯電壓與溫度，并展示當前電芯的電壓、溫度值及所對應的位置。

6.1.3風電界面

圖12風電系統界面

本界面用來展示對風電系統信息，主要包括逆變控制一體機直流側、交流側運行狀態監測及報警、逆變器及電站發電量統計及分析、電站發電量年有效利用小時數統計、發電收益統計、碳減排統計、風速/風力/環境溫濕度監測、發電功率模擬及效率分析；同時對系統的總功率、電壓電流及各個逆變器的運行數據進行展示。

6.1.4充電站界面

圖13充電站界面

本界面用來展示對充電站系統信息，主要包括充電站用電總功率、交直流充電站的功率、電量、電量費用，變化曲線、各個充電站的運行數據等。

6.1.5視頻監控界面

圖14微電網視頻監控界面

本界面主要展示系統所接入的視頻畫面，且通過不同的配置，實現預覽、回放、管理與控制等。

6.1.6發電預測

系統應可以通過歷史發電數據、實測數據、未來天氣預測數據，對分布式發電進行短期、超短期發電功率預測，并展示合格率及誤差分析。根據功率預測可進行人工輸入或者自動生成發電計劃，便于用戶對該系統新能源發電的集中管控。

圖15光伏預測界面

6.1.7策略配置

系統應可以根據發電數據、儲能系統容量、負荷需求及分時電價信息，進行系統運行模式的設置及不同控制策略配置。如削峰填谷、周期計劃、需量控制、防逆流、有序充電、動態擴容等。

具體策略根據項目實際情況（如儲能柜數量、負載功率、光伏系統能力等）進行接口適配和策略調整，同時支持定制化需求。

圖16策略配置界面

6.1.8運行報表

應能查詢各子系統、回路或設備*時間的運行參數，報表中顯示電參量信息應包括：各相電流、三相電壓、總功率因數、總有功功率、總無功功率、正向有功電能、尖峰平谷時段電量等。

圖17運行報表

6.1.9實時報警

應具有實時報警功能，系統能夠對各子系統中的逆變器、雙向變流器的啟動和關閉等遙信變位，及設備內部的保護動作或事故跳閘時應能發出告警，應能實時顯示告警事件或跳閘事件，包括保護事件名稱、保護動作時刻；并應能以彈窗、聲音、短信和電話等形式通知相關人員。

圖18實時告警

6.1.10歷史事件查詢

應能夠對遙信變位，保護動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數、電芯溫度（鋰離子電池）、壓力（液流電池）、光照、風速、氣壓越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統事件和報警進行歷史追溯，查詢統計、事故分析。

圖19歷史事件查詢

6.1.11電能質量監測

應可以對整個微電網系統的電能質量包括穩態狀態和暫態狀態進行持續監測，使管理人員實時掌握供電系統電能質量情況，以便及時發現和消除供電不穩定因素。

1）在供電系統主界面上應能實時顯示各電能質量監測點的監測裝置通信狀態、各監測點的A/B/C相電壓總畸變率、三相電壓不平衡度*和正序/負序/零序電壓值、三相電流不平衡度*和正序/負序/零序電流值；

2）諧波分析功能：系統應能實時顯示A/B/C三相電壓總諧波畸變率、A/B/C三相電流總諧波畸變率、奇次諧波電壓總畸變率、奇次諧波電流總畸變率、偶次諧波電壓總畸變率、偶次諧波電流總畸變率；應能以柱狀圖展示2-63次諧波電壓含有率、2-63次諧波電壓含有率、0.5～63.5次間諧波電壓含有率、0.5～63.5次間諧波電流含有率；

3）電壓波動與閃變：系統應能顯示A/B/C三相電壓波動值、A/B/C三相電壓短閃變值、A/B/C三相電壓長閃變值；應能提供A/B/C三相電壓波動曲線、短閃變曲線和長閃變曲線；應能顯示電壓偏差與頻率偏差；

4）功率與電能計量：系統應能顯示A/B/C三相有功功率、無功功率和視在功率；應能顯示三相總有功功率、總無功功率、總視在功率和總功率因素；應能提供有功負荷曲線，包括日有功負荷曲線（折線型）和年有功負荷曲線（折線型）；

5）電壓暫態監測：在電能質量暫態事件如電壓暫升、電壓暫降、短時中斷發生時，系統應能產生告警，事件能以彈窗、閃爍、聲音、短信、電話等形式通知相關人員；系統應能查看相應暫態事件發生前后的波形。

6）電能質量數據統計：系統應能顯示1min統計整2h存儲的統計數據，包括均值、*值、*值、95%概率值、方均根值。

7）事件記錄查看功能：事件記錄應包含事件名稱、狀態（動作或返回）、波形號、越限值、故障持續時間、事件發生的時間。

圖20微電網系統電能質量界面

6.1.12遙控功能

應可以對整個微電網系統范圍內的設備進行遠程遙控操作。系統維護人員可以通過管理系統的主界面完成遙控操作，并遵循遙控預置、遙控返校、遙控執行的操作順序，可以及時執行調度系統或站內相應的操作命令。

圖21遙控功能

6.1.13曲線查詢

應可在曲線查詢界面，可以直接查看各電參量曲線，包括三相電流、三相電壓、有功功率、無功功率、功率因數、SOC、SOH、充放電量變化等曲線。

圖22曲線查詢

6.1.14統計報表

具備定時抄表匯總統計功能，用戶可以自由查詢自系統正常運行以來任意時間段內各配電節點的發電、用電、充放電情況，即該節點進線用電量與各分支回路消耗電量的統計分析報表。對微電網與外部系統間電能量交換進行統計分析；對系統運行的節能、收益等分析；具備對微電網供電可靠性分析，包括年停電時間、年停電次數等分析；具備對并網型微電網的并網點進行電能質量分析。

圖23統計報表

6.1.15網絡拓撲圖

系統支持實時監視接入系統的各設備的通信狀態，能夠完整的顯示整個系統網絡結構；可在線診斷設備通信狀態，發生網絡異常時能自動在界面上顯示故障設備或元件及其故障部位。

圖24微電網系統拓撲界面

本界面主要展示微電網系統拓撲，包括系統的組成內容、電網連接方式、斷路器、表計等信息。

6.1.16通信管理

可以對整個微電網系統范圍內的設備通信情況進行管理、控制、數據的實時監測。系統維護人員可以通過管理系統的主程序右鍵打開通信管理程序，然后選擇通信控制啟動所有端口或某個端口，快速查看某設備的通信和數據情況。通信應支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信規約。

圖25通信管理

6.1.17用戶權限管理

應具備設置用戶權限管理功能。通過用戶權限管理能夠防止未經授權的操作（如遙控操作，運行參數修改等）。可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限，為系統運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

圖26用戶權限

6.1.18故障錄波

應可以在系統發生故障時，自動準確地記錄故障前、后過程的各相關電氣量的變化情況，通過對這些電氣量的分析、比較，對分析處理事故、判斷保護是否正確動作、提高電力系統安全運行水平有著重要作用。其中故障錄波共可記錄16條，每條錄波可觸發6段錄波，每次錄波可記錄故障前8個周波、故障后4個周波波形，總錄波時間共計46s。每個采樣點錄波至少包含12個模擬量、10個開關量波形。

圖27故障錄波

6.1.19事故追憶

可以自動記錄事故時刻前后一段時間的所有實時掃描數據，包括開關位置、保護動作狀態、遙測量等，形成事故分析的數據基礎。

用戶可自定義事故追憶的啟動事件，當每個事件發生時，存儲事故前*個掃描周期及事故后10個掃描周期的有關點數據。啟動事件和監視的數據點可由用戶隨意修改。

6.2硬件及其配套產品

7結束語

一個好的光伏電站運維不但要實現發電端的智能化運營維護、降低維護成本，而且要及時對光伏電站的逆變器和組串故障進行預防性報警，并*大限度減少光伏電站的發電量損失，提高光伏電站的發電效率。通過對政策、運維模式及關鍵技術的分析可以看出，隨著光伏行業的持續發展，*進、*效、智能化成為光伏電站運維管理的新要求，為了提高發電效率、降低運營成本，分布式光伏電站的運維管理朝智能化方向發展已經成為趨勢。

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