淺談基於物聯網技術的分布式光伏電站智能運維係統

hth下载地址 陳聰

摘要：隨著分布式光伏電站的迅猛發展，其在日常運維中遇到了諸多挑戰。為(wei) 有效應對分布式光伏電站運維中的難題，在概述物聯網技術的基礎上，分析基於(yu) 物聯網技術的分布式光伏電站智能運維係統模塊構建，包括異常監測與(yu) 告警、故障預警與(yu) 預防、遠程監控與(yu) 管理，並通過實際案例分析係統應用成效，以期為(wei) 分布式光伏電站的智能運維提供參考。

關(guan) 鍵詞：分布式光伏電站；智能運維；故障診斷和預警

0引言

隨著能源需求不斷增長和環境保護的呼聲日益高漲，分布式光伏電站作為(wei) 可再生能源的重要應用形式迅速發展。然而，與(yu) 集中式光伏電站相比，分布式光伏電站的運維管理麵臨(lin) 著一係列挑戰，包括設備故障檢測、資源優(you) 化利用和成本控製等。為(wei) 解決(jue) 這些問題，並提高分布式光伏電站的發電效率和穩定性，物聯網技術被引入分布式光伏電站的運維管理中。然而，現階段物聯網技術僅(jin) 對設備進行狀態監測，並沒有融合數據分析技術對設備進行智能診斷。

本文通過數據分析技術和智能算法，建立一套基於(yu) 物聯網技術的分布式光伏電站智能運維係統，該係統可以進行故障診斷和預警，提供運維決(jue) 策和交互界麵，使分布式光伏電站的運維管理更加智能和*效。目前，該係統已在多個(ge) 電站成功應用，取得了顯著成效。

1物聯網技術概述

物聯網技術是指通過將各種物理設備（如傳(chuan) 感器、執行器和智能設備）與(yu) 互聯網連接起來，實現設備之間的互聯互通和智能化交互。物聯網技術的核心思想是將具有*一標識符的物品通過網絡進行連接、交互和管理，從(cong) 而實現對物品的實時監測、遠程控製、數據采集和分析。物聯網技術的內(nei) 涵包括以下5個(ge) 方麵：①感知與(yu) 識別。通過傳(chuan) 感器和識別設備實時獲取和感知物品或環境的信息，如溫度、濕度、位置等。②通信與(yu) 互聯。利用無線通信技術和網絡協議，實現物品之間的互聯互通，以及與(yu) 雲(yun) 平台或其他終端設備的數據傳(chuan) 輸和交互。③數據采集與(yu) 處理。采集物品數據並進行整合和處理，提取有用的信息，並進行存儲(chu) 和分析。④智能決(jue) 策與(yu) 控製。基於(yu) 數據分析和人工智能算法，實現對物品的智能決(jue) 策與(yu) 控製，使其能夠根據環境變化和需求做出響應和調整。⑤應用與(yu) 服務。將物聯網技術應用於(yu) 各個(ge) 領域，如智能家居、智慧城市、工業(ye) 自動化等，提供各種智能化的應用和服務。

2基於物聯網技術的分布式光伏電站智能運維係統模塊構建

2.1異常監測與(yu) 告警

分布式光伏電站由於(yu) 地理位置多變、電網波動較大、整體(ti) 運維能力較弱等原因，頻繁出現設備停機、低效運行、散熱異常等問題。智能運維係統通過物聯網技術實時監測設備狀態數據，利用多維數據融合提取異常特征，並結合機器學習(xi) 或自適應動態模型規則引擎，對光伏電站設備的異常運行狀態進行監測和診斷，*準*效定位故障設備，解耦一些深度耦合的場景，並精細化識別故障類型，有效指導實際運維。

以組串設備異常診斷為(wei) 例，智能運維係統獲取設備物聯數據，如電流、氣象、地理位置、光資源等數據，如圖1所示，並利用多維數據融合提取設備運行特征，如圖2所示，進而建立異常定位模型，再通過故障分類模型，精細化識別故障類型。還可通過電站設備畫像進行低效模型反校驗，提高診斷準確性，基於(yu) 機器學習(xi) 或自適應動態模型規則引擎的異常診斷模型如圖3所示。

2.2故障預警與(yu) 預防

通過對曆史數據和實時數據進行分析，並利用機器學習(xi) 算法進行故障預測，可以幫助光伏電站實現更加智能化的運維管理，圖4為(wei) 基於(yu) 參數優(you) 化的支持向量機（SVM）狀態預警算法模型。通過分析設備的運行趨勢、參數變化等信息，智能運維係統可以識別和預測潛在的故障和問題。運維人員能夠根據這些預測結果，提前采取相應的預防措施，如定期維護、更換可能出現問題的部件，從(cong) 而降低故障發生的風險。通過預防性維護，可以減少設備的停機次數、提高設備的可靠性，保證光伏電站穩定運行。同時，預防性維護還能幫助運維人員更有效地安排工作計劃和資源，提高運維效率和降低成本。

2.3遠程監控與(yu) 管理

借助物聯網技術，運維人員可以遠程監控光伏電站的各個(ge) 設備和參數，隨時了解電站的運行情況，從(cong) 而提高運維效率和反應速度。運維人員可以通過遠程管理界麵實時查看各個(ge) 設備的狀態、能源產(chan) 量、溫度、電壓等關(guan) 鍵參數，並與(yu) 曆史數據進行對比分析，以快速發現異常和潛在問題。一旦出現異常，智能運維係統可通過短信、郵件或應用程序通知向運維人員推送報警信息，便於(yu) 及時采取必要的措施。此外，利用遠程管理界麵，運維人員可以進行遠程控製操作，如調節設備的輸出功率或重新啟動係統等，以解決(jue) 一些簡單的問題，這大幅減少了運維人員的出勤次數，提高了運維效率，同時降低運維成本。通過物聯網技術，運維人員還可以進行更加智能化的工作計劃和排程管理。同時，遠程監控還能支持團隊協作，運維人員可以共享監控數據和報警信息，進行實時協商和製定解決(jue) 方案。

3係統應用與分析

某地區建設了一座分布式光伏電站，並應用了基於(yu) 物聯網技術的智能運維係統，如圖5所示。為(wei) 每個(ge) 光伏發電係統配備了多個(ge) 傳(chuan) 感器，用於(yu) 環境參數監測（如溫度、濕度、輻照度等）以及設備狀態檢測（如逆變器的工作溫度、輸電線路的電流等）。這些傳(chuan) 感器通過無線網絡與(yu) **控製服務器相連，將數據傳(chuan) 輸到智能運維係統進行存儲(chu) 和分析。通過大數據分析和機器學習(xi) 算法，智能運維係統能夠對收集到的數據進行處理，發現潛在的故障和異常，同時還可以對發電設備的性能進行評估和預測。當係統檢測到故障或異常情況時，會(hui) 自動發送報警信息給運維人員，並提供詳細的故障診斷結果和修複建議。運維人員可以遠程登錄係統，查看實時數據和故障詳情，遠程操作和控製設備。此外，智能運維係統還具備故障數據存檔和曆史記錄功能，運維人員可以通過係統界麵查看設備的維護曆史和故障原因分析，為(wei) 日後的維護工作提供參考。

4 Acrel-2000MG充電站微電網能量管理係統

4.1平台概述

Acrel-2000MG微電網能量管理係統，是我司根據新型電力係統下微電網監控係統與(yu) 微電網能量管理係統的要求，總結國內(nei) 外的研究和生產(chan) 的**經驗，專(zhuan) 門研製出的企業(ye) 微電網能量管理係統。本係統滿足光伏係統、風力發電、儲(chu) 能係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(chu) 能係統、充電站運行狀態及健康狀況，是一個(ge) 集監控係統、能量管理為(wei) 一體(ti) 的管理係統。該係統在安全穩定的基礎上以經濟優(you) 化運行為(wei) 目標，促進可再生能源應用，提高電網運行穩定性、補償(chang) 負荷波動；有效實現用戶側(ce) 的需求管理、消除晝夜峰穀差、平滑負荷，提高電力設備運行效率、降低供電成本。為(wei) 企業(ye) 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(jue) 方案。

微電網能量管理係統應采用分層分布式結構，整個(ge) 能量管理係統在物理上分為(wei) 三個(ge) 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(wei) 光纖、網線、屏蔽雙絞線等。係統支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信規約。

4.2平台適用場合

係統可應用於(yu) 城市、高速公路、工業(ye) 園區、工商業(ye) 區、居民區、智能建築、海島、無電地區可再生能源係統監控和能量管理需求。

4.3係統架構

本平台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係統組網方式

5充電站微電網能量管理係統解決方案

5.1實時監測

微電網能量管理係統人機界麵友好，應能夠以係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(chu) 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(guan) 等合、分閘狀態及有關(guan) 故障、告警等信號。其中，各子係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(guan) 狀態、斷路器故障脫扣告警等。

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

係統應可以對儲(chu) 能係統進行狀態管理，能夠根據儲(chu) 能係統的荷電狀態進行及時告警，並支持定期的電池維護。

微電網能量管理係統的監控係統界麵包括係統主界麵，包含微電網光伏、風電、儲(chu) 能、充電站及總體(ti) 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(chu) 能及光伏係統信息進行顯示。

圖1係統主界麵

子界麵主要包括係統主接線圖、光伏信息、風電信息、儲(chu) 能信息、充電站信息、通訊狀況及一些統計列表等。

5.1.1光伏界麵

圖2光伏係統界麵

本界麵用來展示對光伏係統信息，主要包括逆變器直流側(ce) 、交流側(ce) 運行狀態監測及報警、逆變器及電站發電量統計及分析、並網櫃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；同時對係統的總功率、電壓電流及各個(ge) 逆變器的運行數據進行展示。

5.1.2儲(chu) 能界麵

圖3儲(chu) 能係統界麵

本界麵主要用來展示本係統的儲(chu) 能裝機容量、儲(chu) 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(chu) 能係統PCS參數設置界麵

本界麵主要用來展示對PCS的參數進行設置，包括開關(guan) 機、運行模式、功率設定以及電壓、電流的限值。

圖5儲(chu) 能係統BMS參數設置界麵

本界麵用來展示對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(chu) 能係統PCS電網側(ce) 數據界麵

本界麵用來展示對PCS電網側(ce) 數據，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數等。

圖7儲(chu) 能係統PCS交流側(ce) 數據界麵

本界麵用來展示對PCS交流側(ce) 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(ce) 的異常信息進行告警。

圖8儲(chu) 能係統PCS直流側(ce) 數據界麵

本界麵用來展示對PCS直流側(ce) 數據，主要包括電壓、電流、功率、電量等。同時針對直流側(ce) 的異常信息進行告警。

圖9儲(chu) 能係統PCS狀態界麵

本界麵用來展示對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(chu) 能電池狀態界麵

本界麵用來展示對BMS狀態信息，主要包括儲(chu) 能電池的運行狀態、係統信息、數據信息以及告警信息等，同時展示當前儲(chu) 能電池的SOC信息。

圖11儲(chu) 能電池簇運行數據界麵

本界麵用來展示對電池簇信息，主要包括儲(chu) 能各模組的電芯電壓與(yu) 溫度，並展示當前電芯的電壓、溫度值及所對應的位置。

5.1.3風電界麵

圖12風電係統界麵

本界麵用來展示對風電係統信息，主要包括逆變控製一體(ti) 機直流側(ce) 、交流側(ce) 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；同時對係統的總功率、電壓電流及各個(ge) 逆變器的運行數據進行展示。

5.1.4充電站界麵

圖13充電站界麵

本界麵用來展示對充電站係統信息，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(ge) 充電站的運行數據等。

5.1.5視頻監控界麵

圖14微電網視頻監控界麵

本界麵主要展示係統所接入的視頻畫麵，且通過不同的配置，實現預覽、回放、管理與(yu) 控製等。

5.1.6發電預測

係統應可以通過曆史發電數據、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，並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，便於(yu) 用戶對該係統新能源發電的集中管控。

圖15光伏預測界麵

5.1.7策略配置

係統應可以根據發電數據、儲(chu) 能係統容量、負荷需求及分時電價(jia) 信息，進行係統運行模式的設置及不同控製策略配置。如削峰填穀、周期計劃、需量控製、防逆流、有序充電、動態擴容等。

具體(ti) 策略根據項目實際情況（如儲(chu) 能櫃數量、負載功率、光伏係統能力等）進行接口適配和策略調整，同時支持定製化需求。

圖16策略配置界麵

5.1.8運行報表

應能查詢各子係統、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、尖峰平穀時段電量等。

圖17運行報表

5.1.9實時報警

應具有實時報警功能，係統能夠對各子係統中的逆變器、雙向變流器的啟動和關(guan) 閉等遙信變位，及設備內(nei) 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；並應能以彈窗、聲音、短信和電話等形式通知相關(guan) 人員。

圖18實時告警

5.1.10曆史事件查詢

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(chu) 和管理，方便用戶對係統事件和報警進行曆史追溯，查詢統計、事故分析。

圖19曆史事件查詢

5.1.11電能質量監測

應可以對整個(ge) 微電網係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係統電能質量情況，以便及時發現和消除供電不穩定因素。

1）在供電係統主界麵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：係統應能實時顯示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(yu) 閃變：係統應能顯示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(yu) 頻率偏差；

4）功率與(yu) 電能計量：係統應能顯示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，係統應能產(chan) 生告警，事件能以彈窗、閃爍、聲音、短信、電話等形式通知相關(guan) 人員；係統應能查看相應暫態事件發生前後的波形。

6）電能質量數據統計：係統應能顯示1min統計整2h存儲(chu) 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微電網係統電能質量界麵

5.1.12遙控功能

應可以對整個(ge) 微電網係統範圍內(nei) 的設備進行遠程遙控操作。係統維護人員可以通過管理係統的主界麵完成遙控操作，並遵循遙控預置、遙控返校、遙控執行的操作順序，可以及時執行調度係統或站內(nei) 相應的操作命令。

圖21遙控功能

5.1.13曲線查詢

應可在曲線查詢界麵，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

5.1.14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係統正常運行以來任意時間段內(nei) 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(yu) 各分支回路消耗電量的統計分析報表。對微電網與(yu) 外部係統間電能量交換進行統計分析；對係統運行的節能、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；具備對並網型微電網的並網點進行電能質量分析。

圖23統計報表

5.1.15網絡拓撲圖

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

圖24微電網係統拓撲界麵

本界麵主要展示微電網係統拓撲，包括係統的組成內(nei) 容、電網連接方式、斷路器、表計等信息。

5.1.16通信管理

可以對整個(ge) 微電網係統範圍內(nei) 的設備通信情況進行管理、控製、數據的實時監測。係統維護人員可以通過管理係統的主程序右鍵打開通信管理程序，然後選擇通信控製啟動所有端口或某個(ge) 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

5.1.17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(yi) 不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限，為(wei) 係統運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

圖26用戶權限

5.1.18故障錄波

應可以在係統發生故障時，自動準確地記錄故障前、後過程的各相關(guan) 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、提高電力係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(ge) 周波、故障後4個(ge) 周波波形，總錄波時間共計46s。每個(ge) 采樣點錄波至少包含12個(ge) 模擬量、10個(ge) 開關(guan) 量波形。

圖27故障錄波

5.1.19事故追憶

可以自動記錄事故時刻前後一段時間的所有實時掃描數據，包括開關(guan) 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(yi) 事故追憶的啟動事件，當每個(ge) 事件發生時，存儲(chu) 事故前*個(ge) 掃描周期及事故後10個(ge) 掃描周期的有關(guan) 點數據。啟動事件和監視的數據點可由用戶隨意修改。

5.2硬件及其配套產(chan) 品

6結束語

通過充分利用物聯網技術，可以提高光伏電站的整體(ti) 效益、穩定性和可持續性，降低維護成本和人力資源消耗。智能運維係統將推動光伏電站數字化轉型，為(wei) 可再生能源行業(ye) 的發展和能源轉型做出積極貢獻。隨著物聯網技術不斷進步和應用範圍擴大，相信分布式光伏電站智能運維係統將在未來取得更多突破和創新，為(wei) 光伏電站的管理和運維提供更加*麵、*效的解決(jue) 方案。

參考文獻

【1】於(yu) 恬.分布式光伏電站運維管理與(yu) 發展趨勢[J].中國科技期刊數據庫工業(ye) A，2023（4）：38-41.

【2】張程博.大數據技術下光伏電站運維係統研究[J].電力係統裝備，2023（1）：127-129.

【3】付蓉.物聯網技術在光伏電站運維係統中的應用研究[J].電子製作，2022，30（12）：75-77.

【4】劉誌其，李 博，任大磊，孫 昭.基於(yu) 物聯網技術的分布式光伏電站智能運維係統

【5】hth下载地址企業(ye) 微電網設計與(yu) 應用手冊(ce) 2022.05版.