安科瑞 陳聰

摘要：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、MemCache技術、手機APP技術完成自動化運維服務，提高光伏電站的發電效率，增加了用戶的發電收益。

關鍵詞：分布式光伏；智能運維；消息推送；智能派單

0引言

隨著**政策的支持，鼓勵綠色新能源建設，分布式屋頂光伏發電得到了快速發展，光伏電站數量及裝機容量越來越龐大，地理分布越來越廣。各種維護工作量巨大，對運維的要求越來越高，投入的人力和物力越來越多，但實際的運維效果并不理想。分布式屋頂光伏出現設備故障問題，往往不能及時發現，造成發電量減少。即使聯系維修人員，由于路途問題，維修人員不能很快的趕到現場進行故障維修，造成多天不發電，收益減少。另外，發電效率逐漸降低，對用戶來說往往無法察覺，但是無形中發電量越來越少，對用戶來說也是損失。

如何解決上述問題，經過分析和調研，建立智能化監控運維平臺，通過計算機自動化手段，挖掘分析發電大數據，以自動分析代替人工分析，及時發現電站故障或隱患，及時向用戶發送告警消息推送，提醒用戶及時處理，對于運行故障問題，及時向運維工程師下發派單服務，快捷、及時的幫助用戶發現問題、解決問題。

1系統實現框圖

系統設計原理。整個系統分為數據采集*心、監控*心、派單*心、消息推送*心四大部分，主要適用于分布式家庭屋頂的光伏電站，數據采集*心用于采集各個光伏的數據，如地理位置信息、業主信息、逆變器信息、電能信息等，然后將數據傳輸至監控*心。監控*心接收數據并做綜合分析處理，形成體檢報告或故障信息，然后將體檢報告發送至消息推送*心并*終發送給客戶端，或將故障信息發送給派單*心，派單*心結合運維工程師客戶端的信息形成運維任務單、并將運維任務單發送至消息推送*心、*終發送給客戶端，實現監控、維修任務派單及消息推送一條*式的智能化運維。

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。

2功能介紹

2.1消息推送機制

搭建消息接收服務器、消息推送服務器，消息接收服務器接收來自監控*心的一鍵體檢或自動巡檢服務的體檢結果，并把體檢結果按照訂閱人群進行分類處理，并送入消息發送緩存中，消息推送服務器中的消息推送服務模塊順序把消息推送到用戶手機客戶端上，提醒用戶注意電站運行狀況。

整個體檢任務可人工后臺配置，并可自由配置推送人群，根據業務的不同推送的人群和內容也有區別，可靈活配置。

2.2智能派單服務

派單*心接收的大數據分析結果及客戶故障維修申請，自動或人工下發維修單，故障電站周邊30公里內的運維工程師會及時接收到運維任務，運維任務包括電站運行的故障現象、初步分析的故障原因、電站位置和距離、運維難易程度、任務酬金等內容，運維工程師搶單成功后，即可及時趕赴現場進行故障排除或售后服務。

2.3智能運維內容

采用模塊化設計，動態裝載檢測任務體，定時或周期分析電站運行狀況，并可根據業務需要擴展，可擴展性強。建立運維專家知識庫，系統通過不斷自我學習，不斷完善專家知識庫，在今后的運維中，發現問題并可以提供專業級的建議。結合 MemCache 緩存技術，把計算結果放入MemCache緩存中，設定其生命周期，在生命周期內的重復檢測請求，直接從 MemCache 中讀取返回，減輕了服務器和歷史數據庫的壓力。

（1）采集器通訊中斷次數超限任務：通過定時分析采集器斷線告警數量來判斷采集器的通信質量，通訊中斷次數超過 20 次/天，則認為該采集器通訊狀況不佳，存在運行隱患。

（2）采集器通訊中斷時間超限任務：通過定時分析采集器通訊中斷時間來判斷采集器的狀況，通訊中斷時間超過3個小時，則自動向用戶告警提醒，并提供問題解決辦法，如網絡不通、欠費、接觸不良等。

（3）逆變器告警頻繁任務：監測逆變器重要告警事項，如果發現頻繁產生告警信息，說明逆變器存在故障隱患，當到達限值閥門后，自動向用戶或運維工程師推送告警消息，以提醒及時排除隱患。

（4）逆變器功率突變檢測任務：檢測逆變器發電功率數據，經過對比分析，如果存在發電功率異常突變降低，則篩選出逆變器列表，并發送體檢報告和功率曲線給運維工程師，用于分析逆變器運行中存在的問題。

（5）發電量持續降低檢測任務：監測電站日發電量數據，經過近期對比分析，分析是否存在發電量不斷降低的現象，及時通知用戶清洗太陽能板或排查是否存在組件故障。

（6）發電量周邊對比分析任務：對電站周邊30公里同類型電站進行橫向對比分析，看是否存在發電量同比低下問題，如果存在及時通知用戶清洗太陽能板或排查是否存在組件故障。

（7）雪、霧霾天氣服務提醒：結合天氣狀況，在雪、霧霾天氣過后，通過消息推送方式，提醒用戶清洗打掃太陽能板，以提高發電效率。以上為部分智能運維服務項目，可根據業務發展需要，動態擴展任務體。

2.4生產的智能化

訂單物料管理與生產掛鉤，實現流程化管理，智能化生產。自動化掃描物料登記，實現產品全生命周期追溯管理。

整個流程從客戶下單、支付、設計、生產、備貨、發貨、簽收等一系列操作中，完成從訂貨到簽收的整個生命周期的智能化管理，客戶可實時追蹤訂單進度。并把市場與生產結合起來，實現了定制化生產，提高了生產的智能化。

3 Acrel-2000MG充電站微電網能量管理系統

3.1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**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。

3.2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。

3.3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

4充電站微電網能量管理系統解決方案

4.1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。

4.1.1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。

4.1.2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。

4.1.3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。

4.1.4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。

4.1.5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。

4.1.6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

4.1.7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

4.1.8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

4.1.9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

4.1.10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

4.1.11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

4.1.12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

4.1.13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

4.1.14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

4.1.15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。

4.1.16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

4.1.17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

4.1.18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

4.1.19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。

4.2硬件及其配套產品

5結束語

互聯網+分布式光伏發電監控運維平臺基于消息推送技術、大數據分析技術、任務巡檢技術、智能派單技術、手機APP技術，實現了運維服務的*方位監控，目的是及時發現光伏電站運行中的故障或隱患，并提高光伏電站的發電效率，提高用戶的發電收益。

通過該平臺大大減輕了運維服務的難度，提高了服務質量，取代了繁重的人工勞動，是分布式光伏電站的服務好幫手。

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