摘要：能源结构调整与低碳环保理念共同驱动新型电力系统的建设与部署，对于电力企业基础设施、生产业务及运营管理方式的转型升级提出现实要求。本文简要介绍当前我国新能源发电产业背景及基本建设情况，针对场站运维标准化建设与智能微电网市场化部署思路进行具体分析，并围绕大数据集中监控系统、智能化生产管理系统以及数字化安防监控系统三个方面进行系统设计思路的探索，致力于依托场站设备端、生产运营及管理模式的创新，助力新能源发电企业实现转型升级目标。

关键词：新能源发电；数字化转型；双碳战略；集中监控；智能微电网

引言：

现阶段全社会用电需求量逐年提高，为解决传统化石能源短缺、环保性能差等问题，推动新能源开发、使用清洁能源发电成为电力系统建设及未来发展的主要方向。据国家能源局统计，截至2023年上半年，全国可再生能源装机突破13亿千瓦，达到13.22亿千瓦，同比增长18.2%，历史性超过煤电，约占我国总装机的48.8%，其中，风电装机3.89亿千瓦，光伏发电装机4.7亿千瓦。风电、光伏发电量快速增长，2023年上半年，全国可再生能源发电量达1.34万亿千瓦时，其中，风电、光伏发电量达7291亿千瓦时，同比增长23.5%。然而在新能源发电企业实际生产运营环节，诸如机组数量多、场站分散性强、作业人员数量有限等问题普遍存在，一定程度上制约其运营管理效能的提升。基于此，亟需通过技术创新与管理模式优化进行新能源发电项目与智能微电网建设的优化部署，为企业数字化转型提供现实借鉴意义。

一、研究背景

当前构建以新能源为主的新型电力系统成为发电企业数字化转型的主要方向，近年来国内以风电、光伏为代表的新能源项目建设规模持续扩大，各类新能源企业纷纷参与到电力行业生产与经营环节，进一步扩充市场体量与规模。但在实际发电场站运行过程中，在场站布局、机组设备设置及人力调配等方面普遍存在缺陷，一定程度上加剧生产与运营管理难度[1]。欧盟基于《欧洲绿色协议》中提出的双重转型目标，以构建新型能源系统为着力点启动能源数字化转型行动，成为加快推动能源变革的重要转折点；面对全球化能源转型形势，国家能源局于2023年3月印发《关于加快推进能源数字化智能化发展的若干意见》，提出针对电力、煤炭、油气等行业数字化智能化转型发展需求，通过数字化智能化技术融合应用，急用先行、先易后难，分行业、分环节、分阶段补齐转型发展短板，为能源高质量发展提供有效支撑，标志着国有企业转型被正式提到日程当中。而新能源发电行业的发展往往离不开各大集团、民营企业的参与，由于此类企业在运营管理模式上常呈现出滞后性弊端、改革阻力较大，难以适应数字化转型要求[2]。基于此，还需面向智慧新能源技术发展趋势进行场站软硬件设施、运营管理模式的改造升级，贯彻落实智慧化管理模式，更好地拓宽新能源发电企业的市场发展前景。

二、新能源发电企业的智能化管理模式探索路径

（一）场站运维管理数字化

风电、光伏为代表的新能源企业在站点分布上呈分散性强、场站规模有限、场站数量庞大等特点，而原有场站设备布置、技术版本、网络结构及功能相对落后，现有监控系统难以满足数字化、智能化建设需求，因此亟需从场站运维数字化建设环节入手实现技术创新[3]。

1.巡检机器人

将智能机器人应用于场站全面巡检、例行巡检、专项巡检与特殊巡检等运维执行环节，由操作人员利用线上平台对机器人动作、运行状态进行实时监控，并发布巡检指令，利用监控系统将巡检数据与结果存储在数据库中，辅助完成巡检计划编制与仿真控制。

2.知识云图

运用人工智能的NLP技术与知识图谱技术，将新能源场站在运行中沉淀和积累的数据与知识进行自动汇集分析，尤其是对场站出现故障时处理故障的过程数据进行建模，服务于场站全寿命周期内的运行与检修场景，实现智能化告警分析与设备联动，加速故障定位，及时开展故障检修工作。同时利用知识云图，构建AI机器人，提供自然语言人机交互智能化应用，建设低代码应用编排引擎，实现各类运检应用的快速编排建设。

3.专家库

基于专家库建立一种电网调度远程监控的远动数据整理工具，由中央处理、数据采集、数据中台、数据安全等模块组成基本架构，配合端到端连接等关键技术的应用实现工具功能。将该工具应用于变电站日常运维中，可有效缩短数据运维时长，降低漏监视、误控制等风险发生概率，有效提升电网调度运维环节的数据质量。

（二）生产运营管理数字化

1.大数据集中监控系统

新能源场站采用集中监控系统，引入多点集中模式进行场站及设备的运行状态监测，包括收集整理站端功率预测、设备故障告警信息及追踪数据、场站与设备事故分析数据、各类统计报表等多种运行数据，实现对场站及微电网运行情况的动态追踪，并利用控制模块进行设备启停、断路器分合闸、微电网并网或离网切换等操作环节控制[4]。同时，引入大数据技术进行一体化数据中心设计，面向海量数据收集、存储、处理、展示等需求，采用实时流式计算方法搭建Kafka、ES等计算框架，并连同物联网、机器学习等技术手段实现对场站及业务系统数据的标准化存储及管理，配合AI、BIM技术手段进行数据分析结果的可视化呈现，可提供故障诊断、智能分析、监测预警等功能服务，更好地推动新能源企业生产运营管理模式的标准化建设[5]。

以某新能源企业风光互补发电储能监控系统建设项目为例，总体方案设计如下：

（1）系统组成，该系统包含光伏发电、风力发电、动力电池三个基本模块，各模块分别与光伏发电控制器、风力发电控制器、逆变器与直流负载、交流负载连接，由风-光发电监控系统进行统一调控，依托多能互补形式实现由新能源向电能的转化，经由蓄电池储能后分配至相应负载，且监控系统基于GPRS技术在单节点与上位机间进行通信连接，实现远程监控功能。

（2）系统模块设计与仿真，该系统设有风光发电、升压稳压、降压充电以及储能电源四个主要模块，其中风光发电模块选用TDB156电池组作为元件，基于MPPT控制模式进行仿真分析可知，其输出电压接近280V、输出功率近似2240W，且经升压后的输出电压仍稳定控制在330V左右；升压稳压模块采用Boost电路设计为500V直流电形式，经由仿真分析后可知电压稳定控制在500V，且波动变化较小，满足设计要求；降压充电模块选用DC/DC变换器与Buck电路设计，仿真结果表明在电阻两端的输出电压保持稳定，电压值波动量基本控制在±1V以内，符合设计要求；储能电源模块采用120节锂电池串联组成锂电池组，电池组电压为360V，经仿真分析后进行电压波形变化的观察，从中可发现该电池组的最终电压控制在465V左右，且电压波动情况较小，交流输出电路的输出波形符合交流负载供电要求。

（3）监控及通信模块设计，采用无线传输与GPRS技术进行远程监控系统设计，用于对场站电力系统及各电力设备的运行状态数据进行实时监测，将监测结果反馈至GPRS收发模块进行相关控制指令的发送，支持启动报警模块等操作，并将监测结果反馈至显示模块以供后续进行数据分析等。该模块以32位嵌入式微控制器、上位机和LCD显示屏为核心，集成北斗模块、信号调理、JTAG接口、矩阵键盘、光源控制、数据采集与高亮度LED等功能模块，与上位机之间设有GPRS收发、声/光指示、FLASH ROM、USB OTG、蓝牙模块以及U盘等，保证监控数据传输及通讯质量。

2.智能化生产管理系统

在完成场站端数据采集与分析系统设计的基础上，需探索将海量数据应用于实际生产管理环节的有效路径，引入智能化理念进行生产管理系统设计，保证涵盖计划、安全、绩效、运行、检修等功能模块，维护新能源发电企业实现智能化、高效性、安全性生产目标，并结合实际业务情况进行流程调整和控制点精确定位，理清不同部门岗位权责、实行绩效指标精细化设计、贯彻目标责任制、健全端到端服务系统，由此形成生产管理层面的完成闭环，提升企业各项业务运营效率。

基于智能化需求进行新能源发电企业生产管理系统设计，其关键点体现为：

（1）需求分析，参考某新能源发电企业各场站及用电设备布局，由总部侧数据中心进行各场站的统一管理，以“两票三制”为原则进行日常办公及管理业务的信息化建设，而各场站侧则分别布设终端监控系统及通讯线路，用于支持日常业务及生产运营管理。

（2）在系统架构设计上，由集中监控中心、互联网、各场站组成三层结构，其中集中监控中心设有工作站、数据库服务器、磁盘阵列、应用服务器、网络打印机以及LED远程监控显示屏，经由防火墙与互联网连接，各场站分别设有工作站、数据传输/生产运行服务器、数据采集服务器、隔离设备、SCADA服务器、交换机以及发电机组，由总站负责对各场站的生产、经营管理、设备运行状态等信息进行集中监控与分析，便于辅助决策部署。

（3）在主要功能模块设计上，运行监测模块用于对各场站的站内主变、开关等电力设备运行状态信息进行监测，实现对各场站生产及运行情况的直观掌握；告警指示模块主要发出故障告警信息，对风机、发电设备、升压站开关等设施设备故障告警、指标越限等情况进行实时监测与有效干预，避免造成严重后果；指标管理模块用于采集技术、经济两个方面的指标参数，整合参数分析结果与横向数据、历史数据进行比较，用于对场站实际发电能力进行动态评估；报表管理模块主要将电厂生产与日常运行状态信息进行归类统计，以时间为分界点生成各类统计报表，辅助运营生产及管理决策；场站信息模块则用于录入各场站及设备的基础信息，便于结合阶段性生产计划进行相关信息的查询调阅，实现集约化、精细化管理。

（三）数字化安防监控系统

在智能电网建设理念主导下，对于新能源发电企业的场站安防系统智慧化建设提出新的要求，为实现无人值守、自动化作业目标，在部署端到端控制模式、落实远程监控系统设计的基础上，还需从场站端出发进行升压站、配电室等场所消防监控系统的完善设计，保证将设备存放仓、库房等场所的监控录像均接入消防系统中，完成场站端组网布局，并经由运营商网络上传至集中控制中心进行远程监控、发出控制指令。为实现对现场安防信息的有效记录，还需引入RFID、二维码等先进技术手段进行信息识别、记录出入人员身份及时间，严格规定场站端不同区域的人员操作权限，借此最大限度提升现场安防水平。此外，基于能源互联网战略指导，可引入“5G+北斗”技术进行测绘基础设施建设，利用北斗的全球性、高精度时空基准功能将时间、位置感知能力赋给5G，支持对场站范围内移动信息取向、瞬时流速的精准定位，有效降低延迟，实现对电网输入输出电压及安防信息的纳秒、百纳秒级相位同步。现阶段军民融合已被提升至国家战略高度，数字化新能源场站建设在扩大可再生能源局域网覆盖范围、延伸国家大电网建设发展布局中承担重要作用，2019年初全国首个军民融合可再生能源局域网已建成发电，集“风、光、柴、储”于一体，利用多种可再生能源以及新一轮农村电网改造升级项目，有效解决边防官兵用电难题，使区域能源自给率超过90%，成为能源军民融合示范区。在此基础上，国家电投于2020年4月组建综合智慧新能源科技公司，致力于打造综合智慧能源体系与多种能源协同模式，加快推动数字化新能源场站向军民融合领域终端用户拓展。

为防范变电站出现火灾、网络入侵等意外情况，运用物联网技术进行智能安防系统设计，建立网络结构，可分为移动台、网络以及远端网络三部分，其中移动台主要由移动终端组成，GSN依托路由装置进行移动路由切换控制及管理、支持数据传输，GGSN整合LAN、ISDN等数据网络、基于数据包转换协议建立通信连接，且支持与IP路由器连接，完成网络结构部署。在系统设计上，利用单片机进行监控报警功能的实现，在变电站部署5G专网，支持操作人员持终端机执行信息收发作业，并依托温度传感器、无线模块的部署提供故障诊断、告警提示与信息分析等功能，配合数据采集、核心控制、无线传输模块的设计，实现系统安防功能。在系统调试环节，主要针对实验箱与外围电路进行检测，先开启电源、确认指示灯正常，再将各接口与LED灯连接、判断I/O口是否正常工作，再连接LCD短路子、观察液晶屏是否有字符显示，接下来将UART模块两脚短接、回拨按键观察是否出现语音提示，以此判断电路连接质量。经由联合调试后，测试结果显示该系统支持数据采集与无线传输功能，软硬件设计合理、性能符合设计要求、布线简洁、响应速度快，且无漏报、错报等问题，具备良好应用价值。

（四）新能源市场化交易数字化

1.智能微电网

面向新能源市场化交易形势，应紧随国家能源局《关于推进新能源微电网示范项目建设的指导意见》等文件要求，基于公平竞价原则建立多目标动态规划模型，充分利用区块链可信账本、智能合约等关键技术，构建多微电网市场化交易模型，各区块主体呈Merkle树状机构排列，支持在线生成数据分析结果、辅助用户进行决策方案的编制，具有典型去中心化、去信任化特征，形成完整的新能源电网市场化交易联盟链条，用于平衡市场主体利益、实现多主体利益最大化，解决原有输配电网络运行在成本、效率与透明度等方面存在的问题。

2.碳交易

2021年初，中央财经会议指出，“十四五”是碳达峰的关键期、窗口期，要重点推动应用减污降碳技术，建立完善绿色低碳技术评估、交易体系和科技创新服务平台。某能源公司所属售电公司提前谋划，主动向代理用户传达新能源市场交易信息，积极向用户讲解政策，向碳排放企业宣贯降低碳排放量、实现“双碳”目标的社会责任，为代理用户参加新能源市场交易做好铺垫，该售电公司申报的超2600万千瓦时电量全部成交，交易电价保持市场最高水平，标志着该售电公司成功进入新能源交易市场，为新能源交易成功实现“保价保量”奠定了基础。

结论：

总体来看，当前新能源发电企业市场体量与综合竞争力呈现出逐年提高趋势，因此务必面向市场要求变革原有场站生产、运营及管理模式，引入先进技术手段完成远程集中监控系统、海量数据分析系统、生产运营及决策支持系统等架构及功能模块设计，更好地实现场站无人化作业与智能化监控运维，配合云计算、隔离机制以及安防系统布局，有效满足公司内部电能使用要求，并为后续上网需求的满足提供充分余量，依托自身数字化转型为行业经营与发展提供示范经验。

参考文献：

[1]陈凯玲.基于云模型的新能源发电效率评价研究[D].华北电力大学（北京），2019.

[2]李仲蔚.风力发电企业价值评估研究[D].湖南大学，2019.

[3]张翼.南网展现电力大数据支撑功能拥抱数字电网时代[J].新能源科技，2021，（04）：3.

[4]卫强.新能源汽车动力电池物流领域的探索和实践[J].汽车工艺师，2021，（09）：6.

[5]孙富奇.林德：共塑·未来数字化&自动化&新能源——专访林德（中国）叉车有限公司市场策略及解决方案高级总监陈晓春[J].中国储运，2020，（01）：2.

作者简介：马骁，1976.05.24，男，山西省临汾市，汉族，本科，正高级经济师，研究方向：能源科学与工程。