浅谈光伏系统智能化技术及其前景

浅谈光伏系统智能化技术及其前景

尹,平

水发绿色能源股份有限公司        广东珠海      519000

摘要： 随着光伏发电市场的迅速发展，光伏发电工程的巨增，对光伏发电技术及其系统集成技术不断的提高，要求技术先进、效益更好、系统可靠安全、管理高效便捷、检修维护方便等；同时，光伏市场不断发展的需求，技术不断的创新以及成本不断的优化，光伏系统全方位的智能化技术应用是市场业务所需，其技术的发展是必然的，也是系统安全可靠、系统效率提升、增加发电量、效益最大化的保障。本文主要阐述光伏系统智能化技术的必然需求、实际应用及其发展前景。

关键词： 技术先进；效益；安全；可靠；发电量；智能化技术；系统集成；

引言

随着光伏发电市场业务的迅速发展，市场由政府政策主导性已转变为市场商业运营模式，无政府补贴时代，光伏发电项目完全以发电售电为赢利。因此光伏发电项目的收益全部来源于电站发电量，同等条件单位年发量越高，收益利润相对越高。所以如何提高光伏系统的单位年发电量与保证光伏系统安全可靠运行是最关键的，也投资运营商最关注的。

   光伏系统集成技术需进行最优化方案设计之外，不断对与之相关的设备、环节等进行技术创新，让每个相关设备与环节智能化根据外部相关的参数进行最优化的调节，使光伏系统始终保持良效的运行状态，发电量最大；同时采用全智能化的运营、监管系统，让系统安全可靠的运行，做到智能化维护管理，故障率低。因此光伏系统各环节的智能化技术应用是未来光伏系统集成发展的必经之路，其发展具有很好前景。

一、光伏系统智能化技术

光伏系统全方位智能化技术主要包括光伏组件智能化技术、系统倾角智能化可调、逆变装置智能化技术、安全监控智能化技术、系统数据监管智能化、系统检测功能在线化、运营维护管理智能化、工程设计建设数字化等。

1、光伏组件智能化技术

该技术应用可使组件及组串参数最优化，发电最大化；同时，实时监控组件的运行状况、安全状态、火灾情况等；从而确保光伏系统的安全可靠、持续稳定、高效运行等，获得最大发电量和收益。可根据项目技术要求及投资成本等情况，分为组件方阵级、组件组串级、单个组件级智化技术应用。

2、系统倾角智能化可调

   光伏电站的支架系统分为固定倾角、可调倾角。常规系统基本设计为固定倾角系统，主要是成本考虑，但是新能源光伏行业技术不断创新、设计标准化、配套产品标准化，工程建设专业化，投资成本下降等，因此，光伏电站所地区季节最佳倾角变化大，所获得辐射量相差大，支架系统会采用智能自动化可调最佳倾角，以获得年度最大发量和收益。

3、逆变装置智能化技术

  随着光伏行业技术不创新，逆变装置可由逆变系统、升压系统等组成。光伏方阵逆变装置单元内的数据分析、电气保护、检测监控、安全监控、火灾监控、维护管理等集成智能化系统；同时，针对不同应用场景，如渔光互补光伏电站、农光互补光伏电站、农光牧光伏电站、农业大棚光伏电站等不同类型电站，可把鱼塘增氧、滴灌系统、遮阳透光、土样分析等应用功能集成到逆变装置单元内；整个光伏电站需要上传与监控各种数据、各种信号、视频图像等量很大，全部上传到监控后台，易造成通道堵塞，系统崩溃，所以把相关数据、信息分析功能等前置到逆变装置单元内，既做到通讯畅通，系统稳定；又做到运营管理智能化，数据分析精准化、监测保护自动化、功能齐全集成化等。

4、安全监控智能化技术

   光伏电站建成投运后，电站稳定安全运行至关重要，直接影响电站发电收益。包括财产安全、运行安全，人身安全。全站视频监控、火灾监控、 防雷系统、安全运行防护系统、设备保护功能等。智能化实时在线监控系统的应用，确保光伏电站稳定可靠的持续运行发电，同时，保证了电产的设备财产及工作人员的安全。 

5、系统数据监管智能化

   光伏电站的各类数据、信息需要进行分类、对比、分析、判断、提示及预警等，监管光伏电站是否运行正常。对于庞大的数据与信息，只有利用智能化数据系统，进行监管，实现自动分类，分析对比，报警提示、数据模型等进行相关拟合，分析电站每个发电组串、逆变单元、发电方阵、集线回路及整个光伏电站等相关时间段发电情况是否正常，以及导致发电不正常原因分析，生成分析报告，找主要原因，以便采取对应措施。因此，光伏电站的数据、信息分析监管智能化应用会大大提升电站运营管理效能。 随着光伏市场发展成熟、业务项目剧增，技术不断创新，成本不断降低，监数据监管智化系统是电站建设常规配套功能。

6、系统检测功能在线化

  光伏发电系统由数量众多的光伏组件、支架系统、逆变装置、升压系统、电气成套设备、输电线路等组成。面对电站占地面积大、众多发电光伏组件、庞大交直流线路、各类电气成套设备、MC公母头多等，特别都是涉及到电气方面设备易出故障、 出安全事故，绝缘阻值、漏电触电、火灾火情、气体泄露、雷电电击、渗油漏油、油位油压、气体压力、气体密度、电气参数、功率电量、温度湿度、气体浓度、线路保护等，任何环节出现问题，都会影响电站运行，严重会导致停发停运；实时在线检测电站各环节运行状态，撑握电站情况，提前预防措施，出现故障时能及时发现排查，最短时间排除故障，恢复电站投产发电。因此，电站相关系统在线实时检测功能是至关重要，是光伏电站安全、稳定、高效、持续运行的关键技术，是光伏电站发电量和收益最大化保障。

7、运营维护管理智能化

光伏电站运营生命周期至少20年，电站建成并网投产是项目投资目标的开始阶段，最终电站能否实现预期收益，全靠生命周期内运营管理与维护来实现。因此电站运营管理是项目投资目标的实现阶段，也是关键阶段。生命周期内如何规划电站的运营管理、维护技改等是实现预期发量收益的具体实措施与步骤。电站运行过程需专业的管理平台及软件实时对系统状态、参数、数据、信息等进行监控、分析和管理等，进行遥测遥控、调整纠偏，分析诊断、数据报表、预警报警、保护信息、调度计划、维护周期、操作开票、资产台账、备品备件、设备台账等管控和实施。电站运营是一项长达20年以上持续管理过程，过程数据、过程信息、各类台账、工作票据、各类报表、维护记录等需保持连续性，做到可追溯性，是电站保持高效运营关键。因此，智能化运营管理平台应用是光伏电站必然需求。

8、工程设计建设数字化

  光伏电站工程项目规划、勘察、设计、施工、安装、验收等整个过程，采用先进的三维图形引擎，运用BIM技术、结合GIS技术、互联网云、大数据、人工智能、标准化技术、数值模型等先进技术，建立BIM基础数字技术平台，探索工程数字化规划、设计、施工、安装、质检及验收等的多方协同工程模式；同时对多源数据与模型进行集成，形成勘测、设计、施工一体化服务支撑基础，帮助发现项目设计、施工的潜在性问题。同时，建立完善工程大数据平台，完成物理资产、工程环境、工程产品、工程过程、工程要素等数字化，通过数字信息的引用、加工、呈现、分析、共享、应用等，实现工程信息提取、预测分析、检测验收等，服务于工程优化、风险控制、项目管理，支持响应变化和未来业务等。实施工程设计建设的数字化，可提高工程设计建设的效率和质量，优化相关流程，科学规范的管理工程业务；也可促进公司业务规划和目标实施。因此，随着政策的支持和技术发展的驱动下，光伏工程设计建设的信息化、数字化必然实施与实现，进而产生新的运作模式，盈利模式。

二、光伏系统智能化的前景

   光伏系统的技术设计与实施建设通过引入数字信息技术、互联网云技术、通信控制技术、电气自动技术、可视化监控技术、遥测遥感遥控技术等先进技术应用，可实现光伏电站智能化如下功能：

1、可真正实现“能信、能视、能管、能控”。大量有效的数据和信息、通过高速通信互联技术，传输到光伏电站集控中心进行进一步的分析与处理，实现“能信”与“能视”；高速传送的宽带和ms级传输速度，极大提升电站的控制速度，实现“能控”;通过全面的电站管理系统及大数据分析引擎，实现电站的“能管”。

　　2、可创新模组化方案，实现成本和效益最优。打破现有设计束缚，创新模组化组网方案，最优系统匹配、方便维护等角度，对光伏组件、电缆、逆变系统、升压系统、监控与数据采集系统等进行组合优化；从简化建设、减少部件类型，高标准化，利于自动化生产；通过接插件安装和工厂预装，减少现场施工量和成本，提高施工速度与质量。打造“能增容、能升级、能演进”的光伏电站。当光伏组件技术进步，运行条件发生变化时，利用智能逆变器的软件可远程在线升级，后向兼容设计等特性，无需更换网上运行设备，通过算法升级实现应用最新的技术成果，最大化实现成本和效益最化。

　　3、可具备快速主动自适应电网环境功能。利用智能逆变系统的高速采样、控制频率、控制算法和高速处理能力等优势，主动自适应电网环境与参数的变化，实现更好的联机并联控制，最佳的并网谐波及电能质量，更好地满足电网接入系统要求，确保在恶劣电网环境下的自适应能力。

4、可实现光伏电站生命周期内收益最大化。基于采集的海量信息，采用大数据分析引擎和专家运维系统，自定义各类报表，专家诊断系统， 数据分析系统等，形成经验数据，及时发现潜在问题，挖掘潜力提升收益。通过数据实时采集、云存储和在线分析，结合电站的地理环境、气候条件、规模等自动在线检测，提供运维措施，如清洗、维护建议等，实现预防性维护；积累运营数据，综合分析自然环境，辐照量等，通过对智能控制单元算法在线升级，使电站在不同环境下系统部件运行在最佳匹配状态；无人机智能巡检和光伏智能移动终端运维，可结合以往数据与经验进行分析诊断，及时发现组件失配、隐裂、热斑、遮挡等问题，实时回传信息与数据到专家中心，实现信息远程共享和诊断，专家及时指导现场人员处理问题，实现电站现场与管理中心协同作业，做到提前预防、发现和解决问题，减少电量损失及故障发生，确保发电量最大化，以实现发电收益最大化。

三、结束语

光伏系统智能化技术应用是实现智能化光伏电站的关键环节和基础条件。光伏电站通过整个光伏系统各环节上的智能化技术应用，引入了信息数字技术、云互联网技术、控制通信技术、可视化监控技术、遥感遥测遥控技术、电气自动化技术等先进技术应用，进行大数据挖掘和分析、云计算、通信技术等与光伏技术的融合，可从空间维度、时间维度、设备层多维度进行运营管理、检测监控、数据分析、提示告警等，对电站运行问题进行监测监控、报警提示、诊别分析、 判断建议、信息整合等，实现快捷方便的运维，给运维人员、检修人员、专家人员及管理人员等提供全面、便捷、差别化的信息、数据和服务，做到光伏电站智能监控、智能运维、智能分析、智能评估、智能调度、智能管理等，真正实现光伏电站智能化功能。因此 光伏系统智能化技术和数字化技术的应用及实施，才能真正实现智能化光伏电站；也是光伏行业发展必然趋势和方向；目前光伏电站已真正进入了“智能化”时代!

  参考文献

[1] 许映童. 以数字信息技术助力打造智能光伏电站[J]. 太阳能，2014(08) :9-12

     [2] 黄伟伟. 光伏电站智能化运维探析[J]. 智能城市. 2021-7(09) ：67-68