光伏电站设备运维系统的设计与测试分析

引言

任何微小的疏忽都可能导致故障隐患的出现，这不仅会提升设备的运维检修难度与成本，还会对光伏电站的整体效能与功能发挥造成不利影响，因此，为确保光伏电站能够持续稳定运行，运维部门必须采取切实有效的改进举措和创新模式，力求在源头将故障隐患与质量问题彻底消除。

1 光伏电站电气设备运行维护检修重要性

1.1 保障设备安全

光伏电站的核心构成部分，如光伏组件、逆变器以及配电柜等，均需在户外复杂且多变的环境条件下持续运作，包括极端天气条件、灰尘积累、温度变化以及潜在的机械应力等，都可能对设备的性能和稳定性构成威胁，进而影响到整个光伏电站的发电效率和安全性，通过定期的维护和检修，可以识别并处理可能引发事故的隐患点（接线松动、部件老化、过热现象等），从而在萌芽状态消除安全威胁，在这样的方式下，不仅可以有效延长设备的使用寿命，减少因故障导致的停机时间，更能从根本上防止因设备故障而引发的事故，保障现场运维人员的生命安全以及光伏电站的财产安全。

1.2 提高发电效率

电气设备的运行状态对发电效率具有决定性作用，任何细微的性能下降或故障都可能对整体发电效率产生显著影响，因此，对电气设备进行定期的性能监测与分析至关重要，这能够及时发现并解决潜在的设备性能问题，确保设备始终处于最佳运行状态，具体来说，光伏组件表面的清洁程度直接影响光线的吸收和转换，进而影响发电效率。例如，太阳能电池板是光伏电站的核心设备，其转换效率直接影响电站的发电量，由于长期暴露在户外环境中，太阳能电池板表面容易积聚灰尘、鸟粪等杂物，导致光线无法充分照射到电池板上，从而降低转换效率，通过定期的清洗和维护，可以保持电池板表面的清洁，提高光线的透过率，从而提升发电效率。

2 光伏电站设备运维系统的设计

2.1 模块功能设计

2.1.1 设备信息模块设计

利用前端传感器实时获取汇流箱、变压器等重要设备的运行数据，如输出功率、直流侧电压等，方便系统用户随时掌握光伏电站设备的运行状态。如果有异常数据，还能根据数据来源精准定位故障位置，为故障维修提供参考，将电站损失降到最低。

2.1.2 运维信息模块设计

将系统用户分为管理员、维修员和值班员 3 类，并根据工作内容为用户分配相应的权限。电站管理是以设备台账以及采购、检修等信息对设备进行信息化管理，达到降低设备故障率、延长设备寿命的效果；同时还能从日、月、年和累计 4 个维度统计电量信息，直观显示节能减排情况。电量统计管理是利用电能表等仪器获取电量数据，包括电站的厂用电量、购电量、发电量等，由后台对数据进行计算得到最终结果。

2.1.3 故障管理模块设计

该模块可以对光伏电站设备常见故障（如短路、开路、异常老化等）进行实时检测。本文使用改进 DBSCAN 算法进行故障检测，将设备的设计参数与实时运行参数进行对比，如果差值超出允许范围则认定为故障。在诊断出故障后，还能根据故障数据的来源确定故障位置，实现故障的快速定位。同时使用深度信念网络模型（DBN）判断该故障的具体类型。故障处理结果以表格形式呈现。

2.1.4 维护检修模块设计

该模块通过分析光伏电站的设备效率与发电量，判断设备有无异常，量化反应设备运行情况，并基于分析结果制定生产计划或者拟定维修计划。系统可自动生成检修工单，并下发到移动端，维修人员在移动端接收工单并完成维修任务，最后上报工单并由系统进行核销。

2.2 数据分层模型设计

2.2.1 数据采集

分布于光伏电站各个位置的传感器，基于信息感知网络获取变压器、逆变器、光伏电池板等设备的各类数据。为了方便数据的传输，利用 A/D 转换装置将模拟量转换成数字量，以电压信号的形式进行传输。经过转换处理后，采集到的数据大体可分为 3 类：一是设备固有数据，如光伏阵列的电气参数、变压器的运行参数等，这些都是在光伏电站建设之前就已经形成的数据，在识别故障、制定检修计划等方面可能用到；二是环境监测数据，如光照强度、空气温度和相对湿度等；三是运行数据，如光伏逆变器的功率、太阳能电池板的电流恒电压等，这些数据会不断变化且具有随机性，需要实时获取。

2.2.2 数据传输

由于光伏电站大多布置在地广人稀的区域，设备之间间隔距离远、布线难度大，如何保证不同设备之间数据传输的稳定性和高效性成为设计重点。基于易用性、安全性原则，设计了ZigBee 自组网方案。由PLC（可编程逻辑控制器）完成前端数据的处理后，通过 RS485 通信方式向 ZigBee 子节点发送指令，将每个子节点的数据通过无线组网发送到 ZigBee 的汇聚节点，再通过互联网将汇聚节点的数据上传至服务器。在 PC 机上完成最终的数据分析，并通过 PC 机上的WEB 浏览器直观呈现。

2.2.3 数据处理

数据处理首先要通过校验的方式区分正常数据和异常数据，这里的异常数据可能是存储设备故障产生的，也可能是人的主观失误产生的，对设备运维管理无价值，因此需要识别异常数据并将其剔除，以减少后续数据处理压力。同时，考虑到光伏电站设备的种类、型号以及遵守的通信协议存在差异，为了提高处理的处理效率和利用率，需要将海量的异构数据统一转换成相同格式。

3 光伏电站设备运维系统的性能测试与分析

3.1 权限管理测试

基于系统安全方面的考虑，对用户进行权限分配，所有用户在登录系统时均需要验证权限，防止出现越权操作的情况。基于此，对光伏电站设备运维系统的权限管理功能进行了测试。使用任意注册的账号登录该系统，在系统登录界面输入正确的账号与密码后，提交登录。如果同时满足“账号与密码正确”和“账号与密码匹配”两项条件，则成功登录并跳转至系统主界面；如果任意一项条件不满足，则在当前界面提示“登录信息错误”。在成功登录后，系统会根据用户提交的账号，调用数据库的相关数据识别用户身份及所属权限，然后系统对该用户开放符合权限的功能。对于权限范围之外的功能，用户无法进行操作，从而保证了系统安全。

3.2 数据分析测试

在光伏电站设备运维平台运行过程中，从故障发生到 WEB 网页上显示故障信息，平均用时约为 40s。从提示故障发生到检修工单下发至维修人员的移动设备，平均用时约为 90s。维修人员根据检修工单提供的故障位置、故障类型等信息，及时排除故障，让光伏电站尽快恢复运行，降低了经济损失，维护了电站的经济效益。

结束语

随着光伏电站的快速发展，电气设备运行维护检修工作面临着越来越多的挑战。为了确保光伏电站的安全稳定运行，提高运维效率，提出了引入智能化巡检系统、建立远程监控平台和加强人员培训等创新方法。通过这些方法的实施，可以进一步提高光伏电站电气设备运行维护检修的效率和准确度，降低运维成本和安全风险，为光伏电站的可持续发展提供有力支持。

参考文献：

[1] 张淇昶 , 王宇 . 基于物联网技术的分布式光伏电站智能运维系统 [J].物联网技术 ,2023(13):137-139.

[2] 李涛 , 赵旭昊 , 周腾 . 光伏电站电气设备运行维护检修工作的重要性及要点研究 [J]. 电力设备管理 ,2023(11):44-46.

[3] 鄢志标 . 大型光伏电站电气设备的运行维护检修 [J]. 电脑爱好者（普及版）（电子刊）,2023，(5):2175-2176.