大数据赋能龙羊峡“水光互补”光伏电站
发布日期：2019/6/14
一
青海——在这誉为“中华水塔”的地方，孕育了黄河、长江、澜沧江等诸多大江大河，其中，以黄河上游水电资源尤为丰富，理论蕴藏量达2187万千瓦，约占全国的3%，是我国的重要水电基地之一。
青海72万平方公里的土地，平均海拔在3500米以上，有大量的荒漠化土地，是全国太阳能资源综合开发利用条件最优的地方，年辐射总量大于6800兆焦耳/平方米，是太阳能资源的“聚宝盆”。
充足的阳光，广袤的大地，为青海太阳能光伏产业的发展提供了充足的空间。国家电投集团黄河公司抓住新能源发展的有利时机，积极发展太阳能光伏产业。截止目前，黄河公司光伏发电总装机容量388万千瓦，占青海光伏装机总量的37%，全国光伏装机总量5%，是全球最大的光伏电站运营商。
二
针对光伏电站规模化发展阶段的建设和运维中所存在的一系列问题，国家电投集团黄河公司将数字信息技术、互联网技术与光伏发电技术相融合，应用4G网络、智能手持终端、手机APP软件、数字信息等技术，打造“互联网+光伏”的智能光伏电站，光伏电站实现“集中监控、大数据分析、远程诊断，实时维护”的智能管理模式，显著提升发电量和光伏电站的运营管理效率。
集中监控。利用4G无线通信、蓝牙、PLC电力载波等通讯技术，将智能手持终端、手机APP软件、智能巡检无人机与系统无缝融合，实现信息传输、数据分析、改变以往单电站运维模式，节约人力成本、提高生产管理效率。
智能光伏电站采用集中监控，利用视频对电站周边及电站内设备进行监控，将实时性、固定视频监控和多媒体调度平台相结合，固定视频监控的图像可以实时转发到手持终端上，巡检人员可以随时随地查看任何一个摄像头所在的区域，达到了快速、无死角监控，实现了光伏电站“无人值班、少人值守”的创新运行管理模式，进一步降低人工成本。光伏电站的“智能化”升级，让电站运维变得更加安全、简单和快捷，实现电站移动化运维。
大数据分析。通过大数据分析和人工智能技术，实现统一生产调度和协调控制、全面运营监测、智能统计分析、智能远程诊断和全景展示的新能源电站智能化运维体系。
远程诊断。智能光伏电站通过无线宽带集群和多媒体运维系统，对故障精确定位到每个组串，降低现场故障诊断难度，生产运行和维护巡检更加便捷；实现技术资源共享，用实时的视频和语音通讯，专家远程协助，提供“一站式”权威、安全、准确的技术支持，解放生产力，提高现场运维效率。如龙羊峡水光互补光伏电站一个子阵，共计4480块光伏组件，电站的光伏组串出现故障或者遮挡等异常情况，通过人为来一项一项排查，耗时耗力的同时，也很难在短时间内找到故障点，为电站运维带来困难。智能光伏电站采用无线4G网络监控系统，通过快速故障定位、缺陷智能处理等功能，实现了智能运维，年平均故障次数减少30%，系统故障对发电量的影响只有传统方案的十分之一，质保期外的维护成本只有传统方案的五分之一。
智能光伏电站还借助空中盘旋的无人机，通过红外成像技术观察电站运维情况。可让工作人员走到哪里都可以随时随地跟踪查看电站发电、运行、管理情况，查找故障源头，全面、准确、及时判别设备故障，提高了监测能力，降低了巡检强度，电站设备的可靠性大幅提高，大大增加了发电量。
实时维护。智能光伏电站将监控系统、生产管理系统、安防系统、光功率预测系统等多套系统进行一体化管理，可通过实时数据对比和分析，判断当前光伏组串的工作情况，并传输至中控室宽带基站，瞬间判断发出告警提醒运维人员检修，实现了缺陷智能过滤，提高了运维效率。基于智能监控和远程诊断，电站的实时维护变得少等待、易执行，快速解决故障。
电站规模越来越大，对于百兆瓦级的光伏电站而言，电站有40万块组件，长期运行中，可能会有热斑、隐裂等现象，靠人工很难排查。以龙羊峡水光互补850兆瓦为例，组件374万块，汇流箱10200台，逆变器1700台，箱变880多台，采集的点数200多万个，如此多的设备给安全生产管理带来挑战。按照常规的巡检方式，2人每日才能巡检12个子阵，工作量极大。
智能光伏电站可以实现借助搭载GPS、红外成像和无线传输设备的无人机，根据设置好的路径准确飞行，对组件进行热成像扫描，从而精确定位有热斑、隐裂等故障的组件，结合图像分析和专家诊断，全面、精准、及时判别设备故障，实现快速更换。降低了巡检强度，电站设备的可靠性大幅提高，保障电站时刻工作在最佳状态。
三
龙羊峡水光互补项目规划总装机容量85万千瓦，于2015年6月全部并网发电，以330千伏电压等级输电线路送至龙羊峡水电站，通过水电调节后送入电网。
水光互补光伏电站位于龙羊峡水电站水库左岸，直线距离约36公里，电站安装4台单机容量为32万千瓦的水轮发电机组，总装机容量128万千瓦，正常蓄水位2600米，库容为247亿立方米，调节库容为193.5亿立方米，是调节性能优良的多年调节水库。
85万千瓦光伏电站视为“虚拟水电机组”，接入龙羊峡水电站，通过水轮机组的快速调节，将原本光伏间歇、波动、随机的、功率不稳定的锯齿型光伏电源，调整为均衡、优质、安全，更加友好的平滑稳定电源，以两个电源组合的电量，利用龙羊峡水电站的送出通道送入电网。通过大量的实验数据表明，人们普遍担心的龙羊峡水电站的调峰调频性能没有受到任何影响，反而得到进一步加强。
四
光伏发电只在白天发电，晚上出力为零；当光伏电站发电时，电网中其他电源需调整出力，让出负荷由光伏发电供电；当云层飘过时，光伏电站出力迅速下降，其他电源的出力必须迅速增加，补充光伏发电减少造成的电力缺额。为解决好光伏发电间歇性、波动性和随机性较大的问题，国家电投集团黄河公司主导相关科研院所，共同研发了水光互补协调运行控制系统，将不稳定的光伏发电，转换为安全、稳定的优质电源，提高了光伏发电电能质量，较好地实现了水力发电和光伏发电快速补偿的功能，解决了光伏发电的安全并网问题，填补了国内大规模水光互补关键技术的空白，应用成果达到国际领先水平，推动了国际大规模水光互补技术的发展，为后续联合开展大规模水、光、风黄河流域联合协调控制技术及智能调度系统应用奠定了基础。该项目获青海省和国家电投集团公司科学技术进步一等奖，《光伏电站与水电站联合运行系统及运行方法》获得国家专利。
通过水光互补，龙羊峡水电站送出线路年利用小时可由原来运行的4621小时提高到5019小时，大幅提高了水电站的经济效益，实现了国有资产的保值增值。
85万千瓦龙羊峡水光互补光伏电站一年可发电14.94亿千瓦时，对应到火力发电相当于一年节约标准煤18.356万吨，减少二氧化碳排放约48.09万吨，二氧化硫1560.56吨，氮氧化合物排放1358.34吨，创造了良好的社会生态环境效益。
五
龙羊峡水光互补电站地处高寒干旱沙质草原，时常受到风沙的侵蚀，致使草原沙化严重。国家电投集团黄河公司在建设运营光伏电站的同时把生态保护融入其中，开展电池组件行间无灌溉植被恢复试验，以利于原生牧草的生长和发展畜牧业；开展滴灌、微喷灌等节水灌溉技术，种植优良牧草和经济作物，使荒漠化的土地资源得以高效利用，生态环境明显恢复，子阵区域风速降低50%、晴天天气下蒸发量降低50%以上，实现以光伏电站建设带动生态环境建设。
国家电投集团黄河公司通过一条大河、一片荒漠，建成了世界最大的龙羊峡水光互补光伏电站，在全球开创了传统能源与新能源协调运行的先河，这也使青海省和国家电投光伏发电产业走在了世界前列。
