在“双碳”目标推动下,海上光伏电站作为清洁能源的重要组成部分,迎来快速发展｡然而,其设备分布广泛,运行环境复杂,传统运维模式已难以满足需求｡智慧运维平台的兴起为这一问题提供了解决方案｡根据《智能光伏产业创新发展行动计划(2021—2025年)》的指导,各相关部门推动智能制造与运维融合,国家数据局的成立也为数据资源整合提供了支持[1]｡基于大数据､人工智能和物联网技术构建的智慧运维平台,实现了设备实时监测､预测性维护及资源优化调度,显著提升了运维效率,降低了成本并增强了安全性｡本文探讨了智慧运维平台对海上光伏电站数字化管理的促进作用,分析了其应用价值与不足,并提出了优化建议,为清洁能源发展提供参考｡

1、海上光伏电站智慧运维平台概述

海上光伏电站智慧运维平台以智能化和数字化为核心,构建了统一的数据底座和集约化架构,实现了数据共享和业务联动,能够有效统筹资源管理｡平台遵循“控险､提质､降本､增效”的管理理念,围绕海上光伏电站的高效运维和安全保障,设计了多种功能模块,为电站的智能化管理提供全方位支持｡

首先,运维数字大屏通过模块化窗口和数字孪生技术,实时展示电站的运行动态,支持多场景切换和异常情况可视化处理｡实时监测模块包括光伏组件､逆变器和输电设施等核心设备,通过矩阵视图实现全天候状态监测和故障预警｡生产运行模块利用深度数据挖掘和图表化展示功能优化发电效率,并支持多区域数据对比分析｡与此同时,平台还统一了交接班记录和操作规范,通过生产管理模块提升团队协作和管理流程的规范化水平｡针对巡检任务,平台引入了智能巡检模块,通过无人机和机器人技术对复杂区域进行高效巡检,并结合AI分析生成巡检报告｡在安全管理方面,智能安防模块整合了视频监控和异常行为检测功能,构建了完善的应急响应机制｡设备状态评估与趋势分析模块则基于健康评分和趋势预测模型,提供精准的故障预测与维护建议｡此外,平台集成了海上气象预报模块,结合高精度短期和长期气象预测,动态调整设备运行策略以适应天气变化,保障设备运营安全｡海缆监测模块则通过实时监测和船只预警功能,降低海底电缆受损风险｡最后,平台通过智能报表模块实现自动化报表生成和数据关联分析,帮助管理者挖掘数据价值并优化决策｡

整体而言,智慧运维平台全面覆盖了设备监测､资源调度､安全管理和决策支持等功能,为海上光伏电站提供了高效､可靠的数字化运维解决方案｡

2、海上光伏电站智慧运维平台对数字化管理的促进作用

2.1提升运营效率

智慧运维平台通过全面数据采集和实时监测,动态掌握海上光伏电站的运行状况,及时发现潜在问题并快速解决,显著提升了运营效率｡与传统运维模式相比,平台有效减少了信息滞后与响应延迟,从而提高了电站的整体效益｡

2.1.1数据整合与分析

平台高效整合光伏组件､逆变器､输电设施等设备的运行数据,借助物联网传感器实时监测各项参数(如电压､电流､温度)｡利用人工智能技术,平台能够深入分析数据,发现设备异常或发电效率低下等问题,并及时进行调整｡例如,通过分析组件数据,发现污染或故障问题并准确定位,从而及时解决问题,有效提升发电效率｡

2.1.2资源优化调度

平台通过智能调度算法优化资源配置,减少不必要的时间和成本浪费｡例如,平台会自动生成巡检路径并优化人员分配,避免设备故障或效率下降｡此外,通过预测性维护,平台能够提前发出故障预警,减少非计划停机时间,保障电站高效稳定运行｡

2.2降低运维成本

智慧运维平台通过数字孪生等智能化手段[2],有效降低了海上光伏电站的运维成本,尤其在人工巡检､设备维护和资源配置方面具有显著优势｡与传统依赖人工巡检的模式相比,智慧平台能大幅提升成本效益,减少人为失误和海上环境带来的影响｡

2.2.1预测性维护

平台通过健康状态评估模型和大数据分析,实现了从被动维修到预测性维护的转变,有效降低了维护成本｡通过实时采集设备数据(如温度､电压等)并结合历史数据,平台能评估设备健康状态,提前发现潜在故障,避免大规模停机和高昂的维修费用｡例如,逆变器温度异常时,平台能够提前预警,以便维修人员及时更换损耗部件,避免故障扩展｡

2.2.2优化资源配置

智慧平台通过精准的数据分析和动态资源配置,有效减少了冗余投入｡相较于传统定期检修模式,平台能根据设备实际运行状态制定个性化维护计划,集中资源解决问题区域,避免不必要的重复检修｡同时,通过优化巡检频率,平台可以将资源集中在高风险设备上,提升运维效率,进一步降低成本｡

2.2.3降低人工成本

智慧运维平台大幅降低了人工成本,主要体现在利用无人机､机器人和远程监测等技术替代传统人工巡检｡无人机可广泛覆盖光伏阵列,进行高效的图像和红外检测;机器人负责组件清洗､电缆检查等高频作业,降低了人工介入的风险和成本;远程运维中心则通过实时数据监测,大幅减少了现场巡检的频次｡

综上,智慧运维平台通过预测性维护､优化资源配置和降低人工成本,显著提升了海上光伏电站的运维效率,为其长期稳定运行提供了有力支持｡

2.3提高安全性

动态监测与预警机制是智慧运维平台的核心功能之一,也是确保海上光伏电站设备稳定运行和安全运营的关键环节｡通过实时数据采集､多维度监测和智能分析,平台能够有效预防设备故障和事故发生,提高电站的整体安全性和管理效率｡

2.3.1提升风险识别能力

智慧运维平台通过全面的动态监测机制,实时跟踪设备运行状态､环境条件和人员行为,确保光伏电站的安全和稳定运行｡

(1)设备监测:平台通过传感器网络实时采集光伏组件､逆变器等关键设备的运行数据(如电压､电流､温度等),实时监测设备状态,及时发现异常并触发预警｡

(2)气象监测:平台集成风速､气温､浪高等气象数据,实时监测海上环境,预判恶劣天气(如台风､暴风雨),便于提前采取防护措施,保障设备安全｡

(3)人员监测:平台通过视频分析和人员定位,实时监测运维人员的安全行为,确保操作符合规范｡例如,当人员进入危险区域或超时作业,系统可及时报警,避免安全事故｡通过综合监测,平台能有效识别风险并快速响应,保障海上光伏电站的安全运营｡

2.3.2提升风险预测和响应能力

在动态监测基础上,智慧运维平台能够通过智能算法对采集的数据进行分析和处理,快速识别潜在风险,并通过自动化预警和响应机制防止风险进一步扩大｡

(1)智能化预警机制:平台基于历史数据和实时监测数据,利用人工智能技术(如机器学习)对潜在故障或异常进行预测｡例如,系统通过对逆变器温度异常的分析,判断其可能存在过热故障,并提前通知运维团队处理,避免故障进一步扩展｡

(2)自动生成解决方案:当系统识别出设备异常或环境风险后,平台不仅会触发预警,还能结合历史数据和故障经验库生成最优解决方案｡例如,当检测到某光伏组件输出功率异常,平台会建议运维团队对组件进行清洁或更换,并提供详细的操作指南｡

(3)自动响应能力:对于紧急情况(如台风靠近或电缆即将损坏),平台能够在发出预警的同时自动执行部分应急措施｡例如,自动关闭相关设备､调动巡检机器人到现场检查,或通过视频监控对高风险区域进行实时跟踪｡

3、基于海上光伏电站智慧运维平台的数字化管理策略

3.1构建统一的数据基础

在数字化管理过程中,数据无疑是核心要素｡只有建立统一的数据基础,智慧运维平台才能高效地集成各类信息,实现多光伏电站的集中管理｡数据基础的构建涉及到数据的采集､存储､处理和传输等多个方面｡

3.1.1数据标准化

海上光伏电站涉及大量设备,包括光伏组件､逆变器､电池储能系统､传输设备等,不同厂家生产的设备在运行数据和接口标准上可能存在差异｡因此,标准化数据接口和传输协议显得尤为重要｡为此,需整合不同设备厂商的运行数据,建立统一的数据传输和存储规范｡这不仅有助于数据的互通性,还能避免由于标准不统一而造成的误差和数据丢失｡通过采用统一的行业标准或者制定适用于海上光伏电站的特定标准,可以大大提高数据交换的效率和精度[3]｡

3.1.2实时共享与流转

在智慧运维平台中,不同的模块之间需要实现高效的信息流转与共享｡这要求数据能够实时更新并在各个系统模块间流动,例如设备监测系统､能源管理系统､天气预测系统等｡数据共享不仅能够提高各部门之间的协同效率,还能实现对设备的实时监测和远程诊断｡为了实现这一目标,平台需支持大数据和云计算技术,能够处理海量的实时数据并实现多方访问与共享｡

3.2推进智能化运维工具的应用

智能化运维工具的应用,是提升光伏电站管理效率和减少人工干预的关键｡随着人工智能､物联网､无人机等技术的成熟,海上光伏电站的运维管理逐渐向自动化､智能化方向发展｡

3.2.1无人机与机器人巡检

海上光伏电站的规模通常较大,设备分布广泛且环境复杂,因此传统的人工巡检不仅效率低,而且存在安全隐患｡无人机作为一种高效的巡检工具,能够快速覆盖光伏组件的大面积区域,实时获取设备的图像与温度数据,及时识别出可能的故障或损伤｡与此同时,机器人在执行海底电缆等复杂区域的巡检时,可以减少人工干预,避免因环境恶劣而导致的人员安全问题｡机器人能够携带多种传感器进行电缆的检测､清洁以及维修等工作,有效降低了运维成本｡

3.2.2健康评估与趋势预测

结合数字孪生技术和AI算法,智慧运维平台能够实时监测设备状态并预测其未来运行趋势｡数字孪生技术通过创建虚拟模型[4],模拟设备的实际运行情况,进而进行健康评估｡AI算法则根据历史数据分析设备的运行趋势,提前发现潜在故障风险｡基于这种技术,平台可以实现对光伏组件､逆变器等关键设备的健康监测与预测维护,大幅延长设备的使用寿命,减少突发故障和停机时间[5]｡

3.3强化动态监测与预警机制

在海上光伏电站的运行过程中,设备的稳定性直接关系到发电效率和安全性｡因此,建立健全的动态监测与预警机制至关重要｡动态监测机制能够及时捕捉到设备的异常状况;预警机制则能够在出现故障或危险时自动采取措施,避免事故的发生｡

3.3.1实时风险监测

智慧运维平台应具备对设备运行状态､气象条件､人员行为等多个维度进行动态监测的能力｡通过对电站内外各类数据的实时采集和分析,平台能够识别潜在风险,并为运维人员提供预警｡比如,在海上光伏电站中,风速､浪高等气象条件的变化可能对设备安全构成威胁,而通过传感器和气象数据的集成,可以实时监测这些外部因素,及时发现风险点｡

3.3.2预警与自动响应

基于大数据分析和AI模型的预测能力,智慧运维平台可以在设备运行出现异常时自动触发预警｡与此同时,平台可以结合设备的具体状况和预设的应急响应方案,自动调整运行参数或采取其他应急措施,降低设备故障的影响｡例如,当光伏组件出现过热现象时,平台可以自动调整逆变器的功率输出或启动冷却系统,从而避免设备因温度过高而损坏[6]｡

4、基于海上光伏电站智慧运维平台的数字化管理反思

虽然智慧运维平台在海上光伏电站的管理中发挥了重要作用,但当前仍存在一些问题需要反思与改进｡

4.1算法优化空间较大

当前用于设备状态评估与趋势预测的算法,在复杂的海洋环境中仍存在精度不足的问题｡算法的准确性和稳定性有待进一步提升,尤其是在海洋环境变化复杂的情况下,现有技术尚难以做到实时､准确的预判｡

4.2安全保障体系尚不完善

海上光伏电站的智慧运维平台对于恶劣天气和海洋环境中突发事件的预警和响应速度仍需进一步提高｡当前平台在面对极端气象条件或重大事故时,可能缺乏足够的应急响应能力｡同时,在极端情况下冗余防护措施的不足可能导致设备损坏或停机,影响电站的稳定运行｡

在智慧运维平台的进一步发展和应用过程中,仍需不断完善技术,加强系统的整合,以提高平台的智能化水平､数据互通能力及安全性[7]｡

5、结语

海上光伏电站智慧运维平台的数字化管理模式,为解决传统运维问题､提高发电效率和优化资源利用提供了强有力的技术,支持｡通过整合大数据､人工智能和物联网技术,平台实现了实时监测､预测性维护和智能化调度,不仅有效降低了运维成本,还显著增强了电站的安全性与可靠性｡同时,平台在推动绿色能源可持续发展方面发挥了重要作用,通过提升光伏电站的运营效率和资源利用率,为实现“双碳”目标提供了有力保障[8-10]｡未来,随着技术的不断发展,智慧运维平台将进一步完善安全保障体系､提升应急响应能力,并通过智能化升级适应更复杂的运行环境,为全国清洁能源产业的稳步发展贡献更多力量｡

参考文献:

[1]工业和信息化部.智能光伏产业创新发展行动计划(2021—2025年)[EB/OL].(2021-12-31).

[2]李洋,麻全周,曹玉会,等.基于数字孪生技术的分布式光伏电站智慧能源管理平台设计及应用[C]//智慧城市与轨道交通2024会议论文集.北京,中国:中国国际科技促进会智慧城市轨道交通专业委员会,2024:357-362.

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文章来源:石子煊.基于海上光伏电站智慧运维平台的数字化管理[J].物联网技术,2025,15(17):107-109+115.