光伏電站智能化精益運(yùn)檢管理淺談

張艷鋒，楊慧劍，楊海濤，陸學(xué)敏

（華潤新能源（大同）風(fēng)能有限公司，山西 太原 030000）

光伏電站存在組件隨時(shí)間變化性能衰減導(dǎo)致發(fā)電效能下降，存在建設(shè)期施工問題導(dǎo)致后續(xù)設(shè)備故障，存在項(xiàng)目選址不當(dāng)導(dǎo)致發(fā)電量與設(shè)計(jì)預(yù)期偏差較大，運(yùn)營過程中組件受環(huán)境影響表面臟污影響發(fā)電效能，部分設(shè)備老化失效導(dǎo)致故障等問題，光伏電站的運(yùn)維工作主要解決上述問題。目前光伏電站普遍運(yùn)維工作有遠(yuǎn)程監(jiān)控、報(bào)表制作、運(yùn)行分析、設(shè)備維護(hù)、故障處理等，這種傳統(tǒng)的運(yùn)維方式存在運(yùn)營人員專業(yè)能力提升較慢、運(yùn)維效率較低、監(jiān)控方式簡單、智能分析少、運(yùn)維被動(dòng)維護(hù)、故障后檢修等較多問題。加之光伏電站設(shè)備數(shù)量多、占地面積大，導(dǎo)致光伏設(shè)備在發(fā)生故障時(shí)難以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位，故障排查時(shí)間較長。一些隱性的設(shè)備故障，運(yùn)維人員無法對故障進(jìn)行前期的預(yù)判、無法實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修。

光伏電站智能化精益運(yùn)檢管理能夠提升運(yùn)維效率、降低運(yùn)維成本，提高系統(tǒng)發(fā)電量和確保電站運(yùn)行安全，提升運(yùn)維質(zhì)量，在電站整個(gè)運(yùn)營壽命周期實(shí)現(xiàn)高收益。

1 搭建光伏電站大數(shù)據(jù)分析預(yù)警系統(tǒng)

光伏電站的數(shù)量和規(guī)模不斷增長，光伏設(shè)備管理難度日益增加。其困境在于無法實(shí)時(shí)捕捉設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，分析設(shè)備故障原因，準(zhǔn)確判斷故障點(diǎn)，導(dǎo)致設(shè)備檢修時(shí)間較長，損失電量較高。光伏大數(shù)據(jù)分析預(yù)警系統(tǒng)是一種以光伏電站實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過相似性原理建模技術(shù)產(chǎn)生估算值，對設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，將實(shí)際值與估算值進(jìn)行分析比較，對設(shè)備變化趨勢進(jìn)行判斷，對潛在故障隱患做出提前警示，將設(shè)備的監(jiān)測、分析、評估、管理、決策等相關(guān)信息流和工作流實(shí)時(shí)推送至相關(guān)專業(yè)和部門，實(shí)現(xiàn)設(shè)備在線監(jiān)測診斷，根據(jù)大數(shù)據(jù)的分析的結(jié)果，預(yù)見設(shè)備故障，逐步實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修，從而提高光伏場站可靠性，降低檢修成本，縮短檢修時(shí)間。見下原理圖1。

由圖1顯示，光伏大數(shù)據(jù)分析預(yù)警系統(tǒng)是用歷史數(shù)據(jù)建模進(jìn)行多變量自動(dòng)關(guān)聯(lián)和模式識(shí)別，動(dòng)態(tài)計(jì)算設(shè)備健康的基準(zhǔn)值，在控制系統(tǒng)報(bào)警界限內(nèi)發(fā)現(xiàn)故障早期征兆，在設(shè)備故障前進(jìn)行診斷，跟蹤和捕捉劣化拐點(diǎn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和消除設(shè)備隱患，減輕人員進(jìn)行設(shè)備趨勢分析和狀態(tài)監(jiān)視的工作負(fù)荷和壓力，提高狀態(tài)分析的效率和規(guī)范性，減少人為監(jiān)視的隨意性，提高各專業(yè)處理設(shè)備問題和診斷問題的工作效率，保證各專業(yè)人員能夠集中精力去解決問題而不是尋找問題。通過決策支持信息提高精益化管理。通過事前主動(dòng)分析評估實(shí)現(xiàn)檢修優(yōu)化，提高對效能類指標(biāo)的重視，計(jì)算光伏電站發(fā)電效率和各方陣發(fā)電效率，通過橫向和縱向?qū)Ρ确治龊透櫣夥O(shè)備的效率，分析原因，提高光伏設(shè)備效能。光伏運(yùn)維人員通過借助預(yù)警系統(tǒng)，能夠全面、系統(tǒng)地掌握設(shè)備運(yùn)行情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備問題，最大限度地提高巡檢人員的工作效率。

圖1 光伏大數(shù)據(jù)預(yù)警系統(tǒng)原理

2 光伏電站EAM系統(tǒng)應(yīng)用

光伏電站EAM系統(tǒng)應(yīng)用可提高資產(chǎn)利用率、降低企業(yè)運(yùn)行維護(hù)成本，以優(yōu)化電站維修資源為核心，通過信息化手段，合理安排維修計(jì)劃及相關(guān)資源與活動(dòng)。

該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)光伏場站的運(yùn)行管理、檢修管理、預(yù)防性維護(hù)、設(shè)備臺(tái)賬、庫存、KPI指標(biāo)、故障知識(shí)庫、設(shè)備健康管理、文檔管理、報(bào)表管理、經(jīng)濟(jì)分析等功能，見圖2。

圖2 光伏EAM系統(tǒng)功能模塊

光伏電站EAM系統(tǒng)基于模塊化設(shè)計(jì)，記錄日常生產(chǎn)中的各項(xiàng)工作，它以設(shè)備的運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)及臺(tái)賬為基礎(chǔ)；以工單的提交、審批、執(zhí)行為主線；按照缺陷閉環(huán)管理、故障管理、預(yù)警管理、技術(shù)監(jiān)督管理等模式；以提高檢修效率、規(guī)范作業(yè)流程、最大化資產(chǎn)使用率、最小化總體運(yùn)營成本為目標(biāo)，將設(shè)備管理、工單管理、運(yùn)行管理、檢修管理、報(bào)表管理集成于一體的、數(shù)據(jù)充分共享的系統(tǒng)。光伏EAM能夠?qū)崿F(xiàn)電站資產(chǎn)的全生命周期管理：該系統(tǒng)有詳盡完備的設(shè)備臺(tái)帳，設(shè)備一旦安裝在現(xiàn)場，系統(tǒng)就依據(jù)規(guī)定好的編碼規(guī)則產(chǎn)生這一設(shè)備的編碼。技術(shù)人員通過EAM系統(tǒng)可以隨時(shí)了解任意設(shè)備的歷史運(yùn)行狀況，包括安裝在哪一位置、歷年缺陷、哪些維修人員對它進(jìn)行了怎樣的維修、維修設(shè)備具體部件、使用備品情況等，通過跟蹤分析，維修技術(shù)人員可以有針對性地制定維護(hù)計(jì)劃。發(fā)揮了維修技術(shù)人員的主動(dòng)性，更是一種知識(shí)經(jīng)驗(yàn)的積累，可以快速提升運(yùn)維人員的技術(shù)水平。

3 光伏電站網(wǎng)格化管理

（1）網(wǎng)格化管理的思想就是將光伏電站按照一定需求劃分成若干網(wǎng)格單元，根據(jù)光伏電站山坡朝向差異大、地形復(fù)雜、高差變化大、陣列分散、分區(qū)復(fù)雜等特點(diǎn)，利用陣列布置特點(diǎn)、電氣系統(tǒng)的連接及檢修便利性等特點(diǎn)劃分不同的網(wǎng)格區(qū)域，所有設(shè)備處于不同的網(wǎng)格區(qū)域范圍內(nèi)網(wǎng)格化管理助推光伏電站無人機(jī)巡檢及故障定位。光伏電站使用無人機(jī)搭載紅外成像裝置結(jié)合光伏電站網(wǎng)格化管理思想，見圖3，采用分區(qū)域、劃片巡檢方式使得組串與組件的圖片對比工作簡單化。由于同區(qū)域內(nèi)光伏發(fā)電單元的運(yùn)行工況基本一致，觀察范圍特定，能夠更容易識(shí)別定位組件表面破損、斷柵、缺角、碎片、二極管故障、草木遮擋、灰塵、鳥糞、其他污跡等等故障及污損，準(zhǔn)確率達(dá)到98%以上。根據(jù)無人機(jī)巡視情況結(jié)合網(wǎng)格化信息，運(yùn)維人員能快速找到設(shè)備故障點(diǎn)，避免人工巡視受地形影響，無法到達(dá)某些區(qū)域，從而產(chǎn)生巡檢盲點(diǎn)，更避免了山地光伏人員巡視可能產(chǎn)生的人員安全隱患。

圖3 區(qū)域劃分、編號(hào)

（2）網(wǎng)格化管理中助推光伏組件效率提升。光伏電站組件的潔凈程度直接影響電站的發(fā)電能力，為獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益，一般光伏板清洗周期為每年春季4～5月、秋季8～9月，進(jìn)行兩次人工集中清洗；而缺水地區(qū)和山地光伏電站光伏組件的清洗需要花費(fèi)大量的人力物力，導(dǎo)致清洗的成本較大，投入和產(chǎn)出不成比例，對于地形復(fù)雜的大型山地光伏電站而言該問題更為突出。光伏電站結(jié)合網(wǎng)格化管理，對同一電站的不同的劃分單元進(jìn)行效能對比與分析，借助無人機(jī)精準(zhǔn)定位和大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，對發(fā)電能力弱的劃分單元進(jìn)行有針對性的清洗，這樣不僅縮小清洗范圍，控制成本，進(jìn)一步提升了電站的經(jīng)濟(jì)效益。

4 光伏電站基礎(chǔ)管理

光伏電站正式投入運(yùn)行后，需要根據(jù)規(guī)程定期進(jìn)行正常的試驗(yàn)、檢測和維護(hù)，做好光伏電站的基礎(chǔ)管理，以保證光伏設(shè)備全生命周期的穩(wěn)定運(yùn)行。光伏發(fā)電設(shè)備長期運(yùn)行于戶外環(huán)境中，光照、雨水、風(fēng)沙等的侵蝕都會(huì)加速電纜和連接器等設(shè)備的老化，導(dǎo)致設(shè)備絕緣性能下降，造成設(shè)備故障甚至引發(fā)火災(zāi)，需要定期對光伏系統(tǒng)的電氣系統(tǒng)絕緣試驗(yàn)和必要維護(hù)。光伏組件在運(yùn)輸、安裝過程中的不規(guī)范操作會(huì)造成內(nèi)部隱裂，樹木、雜草或鳥糞的遮擋會(huì)使組件形成熱斑，這些隱性故障都是無法用肉眼直接發(fā)現(xiàn)，需要專業(yè)的熱紅外成像儀器和EL檢測儀對組件進(jìn)行定期檢測。電氣設(shè)備、光伏組件和支架系統(tǒng)必須接地，以減少潛在的電擊和火災(zāi)威脅，需要雷雨季節(jié)來臨前進(jìn)行接地電阻的試驗(yàn)。光伏電站匯流箱、逆變器等設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)都實(shí)現(xiàn)了后臺(tái)遠(yuǎn)程監(jiān)測，以滿足智能化運(yùn)維的需求。為解決設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)采集誤差偏大，導(dǎo)致難以從后臺(tái)遠(yuǎn)程判斷設(shè)備故障，定期對設(shè)備進(jìn)行定期的采集數(shù)據(jù)監(jiān)測，并及時(shí)進(jìn)行校準(zhǔn)或維修，保證設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)采集的精度，提高后臺(tái)遠(yuǎn)程監(jiān)測的準(zhǔn)確度。

5 推動(dòng)光伏增效創(chuàng)新業(yè)務(wù)

針對提高光電轉(zhuǎn)化效率和維護(hù)組件清潔的問題進(jìn)行深入探討和研究，探索光伏電站超親水無機(jī)自潔涂層技術(shù)在電站中的應(yīng)用，在光伏組件表面形成一層由無機(jī)物組成的一種超親水薄膜，這種薄膜常溫即可硬化，與光伏組件表面緊密結(jié)合，并且在形成上不會(huì)發(fā)黃劣化，使組件具有超親水性、卓越的自潔功能和抗靜電性等特性，見圖4，能夠?qū)崿F(xiàn)光伏組件的少清洗或不清洗狀態(tài)，減少組件污穢，使光伏組件保持良好的透光率，以獲得較多的太陽輻射。通過長期的數(shù)據(jù)分析對比，該技術(shù)提升了組件的光電轉(zhuǎn)換效率，維持了組件的清潔度，實(shí)現(xiàn)2%～3%的發(fā)電量提升。

圖4 超親水性及自潔功能原理圖

6 結(jié)語

通過大數(shù)據(jù)分析預(yù)警系統(tǒng)平臺(tái)進(jìn)行遠(yuǎn)程設(shè)備集中管理和數(shù)據(jù)分析，對故障進(jìn)行預(yù)判；利用EAM信息化平臺(tái)可以對光伏設(shè)備運(yùn)維進(jìn)行全壽命周期管理，將設(shè)備全壽命設(shè)備管理經(jīng)驗(yàn)信息進(jìn)行積累，快速培養(yǎng)運(yùn)維人員技術(shù)水平；光伏設(shè)備網(wǎng)格化管理結(jié)合無人機(jī)搭載紅外成像設(shè)備對故障進(jìn)行快速定位、遠(yuǎn)程診斷、光伏組件精確清洗；再輔以大數(shù)據(jù)分析對設(shè)備進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)、檢測、檢修、維護(hù)，做好設(shè)備基礎(chǔ)維護(hù)工作；積極推動(dòng)光伏創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用，提升設(shè)備效能；最終形成一套完整的光伏精益化運(yùn)檢管理體系。促進(jìn)電站高效、經(jīng)濟(jì)、安全、穩(wěn)定運(yùn)維，實(shí)現(xiàn)電站的“少人值守、無人值守”，適應(yīng)國家提出的平價(jià)上網(wǎng)政策，適應(yīng)光伏行業(yè)電力市場競爭，提升光伏企業(yè)的市場競爭能力。