光伏、儲能一體化監控及運維解決方案

簡婷

开云体育手机下载教程 上海嘉定  201801

0 前言

      今年以來，在政策利好推動下光伏、風力發電、電化學儲(chu) 能及抽水蓄能等新能源行業(ye) 發展迅速，裝機容量均大幅度增長，新能源發電已經成為(wei) 新型電力係統重要的組成部分，同時這也導致新型電力係統比傳(chuan) 統的電力係統更為(wei) 複雜，未來預計可再生能源裝機規模仍將快速增長，逐步完成能源體(ti) 係的深度轉型，*終實現“碳中和”目標。隨之而來的是光伏電站、儲(chu) 能以及配套的電氣設施怎麽(me) 通過係統來實現高效的運維管理，使之安全、可靠、高效運行。

關(guan) 鍵字：光伏監控；光伏運維；儲(chu) 能監控；儲(chu) 能運維；箱變監測

2023年光伏、儲(chu) 能發展趨勢

      據國家能源局新能源和可再生能源司數據顯示，2023年一季度全國光伏新增並網33.66GW，同比增長154.8%，其中集中式光伏發電15.53GW，分布式光伏發電18.13GW。截至一季度末，全國光伏發電裝機容量達到425GW，其中集中式光伏249GW，分布式光伏176GW。太陽能發電投資完成522億(yi) 元，同比增長177.6%。一季度全國風電新增並網容量10.40GW，其中陸上風電9.89GW，海上風電0.51GW。截至一季度末，全國風電累計裝機達到376GW，同比增長11.8%，其中陸上風電345GW，海上風電30.89GW。風電投資完成約249億(yi) 元，同比增長15%。

      2023年1-4月電化學儲(chu) 能投運項目共73個(ge) ，裝機規模為(wei) 2.523GW/5.037GWh，裝機功率較去年同期（374.4MW）同比增長577.1%。其中磷酸鐵鋰儲(chu) 能項目高達69個(ge) ，裝機規模為(wei) 2.52GW/5.019GWh；液流電池儲(chu) 能項目共4個(ge) ，裝機規模為(wei) 3.1MW/ 18.1MWh。

      光伏電站和電化學儲(chu) 能電站裝機容量在今年上半年均大幅增長，預計受政策激勵影響，接下來光儲(chu) 係統還會(hui) 保持較大增長，以滿足雙碳計劃的要求。

光伏、儲(chu) 能運維市場分析

      在光伏、儲(chu) 能行業(ye) 飛速發展的同時，已建的光伏、風力發電站和儲(chu) 能係統的監控、運維管理項目的招標也非常多，2023年上半年，光伏電站開發企業(ye) 運維招標規模28.6GW，同比增長204.3%，上述28.6GW招標項目中，目前公布中標結果的共計14.9GW，中標情況見表1。光伏代運維價(jia) 格因光伏電站的地理分布、容量、環境以及考核條件的不同，價(jia) 格也會(hui) 有較大的差異，從(cong) 表1可以看出運維價(jia) 格*低至1.93元/年*kW。

表1 光伏電站代運維招標及中標情況

      同樣儲(chu) 能電站的代運維價(jia) 格波動也比較大，比如廣東(dong) 電網能源投資有限公司發布2023年200MWh用戶側(ce) 儲(chu) 能項目設備及運維招標公告，運維服務價(jia) 格為(wei) 6元/年*kWh；克拉瑪依市600MW光伏配套120MW/240MWh儲(chu) 能運維總承包開標價(jia) 格為(wei) 499元/年*kWh，運維包含光伏設備、儲(chu) 能設備以及配套的箱變等電氣設備的運維。

      光伏、儲(chu) 能係統的代運維價(jia) 格不高，而且考核壓力大，運維工作繁瑣，管理不當還存在安全風險，如果不采用合適的監控係統來管理和運維，人力成本將會(hui) 非常高，而且發電效率也難以掌控，這將會(hui) 導致代運維公司無法盈利。在很長一段時間裏，新能源電站的運維管理都是很“粗糙”的，一句話就是——堆人。早期發電設備的不完備、急於(yu) 上馬引起的施工漏洞又多，選址科學性的不足等等，都使得管理電站離不開人力的支撐。但這一過程並非沒有變化。通過各種技術手段升級，新能源電站運維逐漸從(cong) 粗放式管理向精益管理轉變。從(cong) 業(ye) 者也就在不斷探索怎麽(me) 縮減對人力的依賴，怎樣提高管理效率。

分布式光伏電站監控及集中運維管理

      光伏電站的運維對光伏電站的發電量至關(guan) 重要，包括光伏組件、逆變器以及相關(guan) 的電氣回路、升壓變壓器及並網櫃等，數據監測是光伏電站運維中一個(ge) 非常重要的部分，可以通過運維管理係統實時獲取光伏電站的各項數據指標，並通過這些數據指標來判斷電站的運行狀況和效率。在數據監測方麵，需要對光伏電站進行以下幾項檢測：首先，需要對電站的電壓、電流、功率等參數進行實時監測，以了解光伏電站的實時工作狀態。其次，需要對光伏電站的溫濕度、太陽輻照度等環境因素進行監測，以了解電站的運行環境情況。*後，需要對光伏電站的累計發電量、組件和逆變器的運行情況等進行檢測和分析，以便及時采取相應的維護措施。GB/T 38946-2020《分布式光伏發電係統集中運維技術規範》對分布式光伏電站運維以及集中運維主站、運維子站功能均作出明確要求。

相關(guan) 標準

《分布式光伏發電係統集中運維技術規範》GB/T 38946

《戶用分布式光伏發電並網接口技術規範》GB/T 33342

《分布式光伏發電係統遠程監控技術規範》GB/T 34932

《光伏發電站設計規範》GB 50797

《分布式電源並網運行控製規範》GB/T 33592

《分布式電源接入電網技術規定》Q/GDW1480

係統構成

集中運維係統可包括主站和子站以及之間的通信通道,係統結構可參照圖1。

a)主站與(yu) 子站間的通信可采用無線(GPRS/3G/4G)､公網､專(zhuan) 網(專(zhuan) 線/VPN加密鏈路)方式,宜采取相應的信息安全防護措施;

b)主站與(yu) 外部係統的通信滿足相應係統的接入要求;

c)視頻信息不宜與(yu) 監控數據傳(chuan) 輸共用一個(ge) 通道;

d)支持與(yu) 電網調度係統通信,通信規約宜采用DL/T634.5101､DL/T634.5104;支持與(yu) 各子站通信。

圖1 運維主站與(yu) 子站係統架構

      運維子站可根據分布式光伏電站裝機容量、有/無人值班等情況設置，在無人值班的情況下當地可不設置運維子站，數據直接通過數據網關(guan) 上傳(chuan) 運維主站。

光伏運維子站解決(jue) 方案

      安科瑞Acrel1000-DP分布式光伏電站電力監控係統為(wei) 分布式光伏電站運維子係統提供了解決(jue) 方案，滿足GB/T 38946《分布式光伏發電係統集中運維技術規範》中對運維子站的相關(guan) 技術要求。

數據信號采集

（1）運維子站采集的模擬量數據包括下列內(nei) 容:

a)分布式光伏發電係統每個(ge) 並網點有功功率､無功功率､電壓､電流､頻率､電能量等數據;

b)分布式光伏逆變器有功功率､無功功率､電壓､電流､功率､溫度等數據;

c)匯流箱各路電流､匯總輸出電流､母線電壓量等數據;

d)分布式光伏發電係統周圍環境包括環境溫度､輻照度､電池板溫度等數據;

e)子站應建立數據存儲(chu) ,存儲(chu) 時間應不少於(yu) 7d｡

逆變器

圖2 分布式光伏監控係統數據顯示

（2）運維子站采集的狀態信號包括下列內(nei) 容:

a)分布式光伏發電公共連接點斷路器､隔離刀閘和接地刀閘位置､保護硬接點狀態以及遠方/就地控製等各種開關(guan) 量信號;

b)分布式光伏發電每個(ge) 並網點斷路器和隔離開關(guan) 的位置信號､重合閘位置､保護動作及告警信號;

c)光伏逆變器運行狀態及告警信號;

d)分布式光伏發電主升壓變壓器分接頭擋位(當采用有載調壓變壓器);

e)光伏匯流箱保護動作及告警信號;

f)分布式光伏發電保護､安全自動裝置等設備狀態,保護動作及告警信號,運行人員操作順序記錄信息｡

圖3 分布式光伏監控係統狀態顯示

數據信息處理

      子站宜對所采集的實時信息進行數字濾波､有效性檢查､工程值轉換､信號接點抖動消除､刻度計算等加工｡數據采集子係統可進行數據合理性檢查､異常數據分析､事件分類等處理,並支持常用的計算功能,支持對采集的各類原始數據和應用數據分類存儲(chu) 和管理｡

圖4 分布式光伏監控係統數據展示

光伏運維主站解決(jue) 方案

      安科瑞AcrelEMS企業(ye) 微電網能效管理平台適用於(yu) 分布式光伏電站的運維管理。GB/T 38946《分布式光伏發電係統集中運維技術規範》中對集中運維主站的相關(guan) 技術要求如下：

集中運行監視宜具備以下功能:

a)基礎信息展示:基礎信息包括場站名稱､場站地理位置､場站容量､場站組件麵積等;

b)電站實時監視:具備主要測點的分時､分日､分月以及分年的數值展示圖表;

圖5 分布式光伏電站場站管理及發電功率實時監控

c)電站統計分析:具備主要性能參數的分時､分日､分月以及分年的數值展示圖表,主要性能指標包括係統PR､等效利用小時數等;

d)曆史信息查詢:逆變器､匯流箱､電度表､環境監測儀(yi) ､並網點､變壓器等設備監測點的曆史數據查詢與(yu) 導出;

e)單電站數據展示:直觀展示電站全年､各月的計劃完成情況､上網電量､綜合效率等統計指標;

f)多場站數據展示:對集團級的多電站計劃完成率､上網電量､綜合效率和資源分布等關(guan) 鍵指標進行多角度､多維度的分析;

g)報表管理:根據需求選擇曆史數據,生成不同格式和類型的報表;報表應支持文件導出和打印等功能｡

圖6 日月年發電數據報表及逆變器發電曲線分析

操作與(yu) 控製宜具備以下功能:

a)支持對電站設備的操作與(yu) 控製,包括遙控､遙調､人工置數､標識牌操作､閉鎖和解鎖等操作;

b)防誤閉鎖:支持多種類型自動防誤閉鎖功能,包括基於(yu) 預定義(yi) 規則的常規防誤閉鎖和基於(yu) 拓撲分析的防誤閉鎖功能;操作指令宜經過防誤驗證,並有出錯告警功能;

c)順序控製:能夠按照預先設定的順序和流程控製電站設備動作;

d)支持操作與(yu) 控製可視化;

e)操作與(yu) 控製宜有記錄,包括操作人,操作對象､操作內(nei) 容､操作時間､操作結果等,可供調閱和打印｡

圖7 遙控操作驗證及操作記錄

故障告警管理宜具備以下功能:

a)能夠將分布式光伏發電係統現場所采集到的各設備故障類遙信信號上報至集中運維係統進行展示;

b)能夠記錄故障告警的發生時間､設備位置､*近操作記錄､故障狀態等信息;

c)能夠對在集中運維係統中展示出來的故障類遙信信號的信息進行基本操作,如刪除､信息修改､查詢;

d)能夠對故障信息排查解決(jue) 完畢後對故障造成的損失進行評估;

e)能夠對由故障告警及處置過程形成的故障案例進行分類管理,具備快速訪問和查詢的功能｡

圖8 告警分級和異常分析

集中運營管理宜具備以下功能:

a)運行值班管理對將電站生產(chan) 運行值班過程中的主要事件進行記錄;

b)巡點檢管理:製定巡點檢的操作方案,包含巡點檢設備､巡點檢路線､巡點檢任務以及異常數據反饋等功能,異常數據可以自動觸發故障單;

c)報告報表功能:能夠按照既定要求形成相應的報告和報表功能,並支持文件導出要求;

d)資料管理功能:具備對係統相關(guan) 資料進行分類管理的功能,並支持快速訪問和查閱｡

圖9 巡檢管理及用戶報告

設備､工器具及備品備件管理宜具備以下功能:

a)物資編碼管理:係統宜支持按照GB/T50549要求進行編碼設定的功能;

b)物資台賬管理:係統宜支持對設備和部件､備品備件､工器具等物資信息和資料進行分類錄入､刪除､修改和查詢的功能;

c)工器具管理:集中運維係統宜具備對場站配備的工器具的種類和數量統計功能,同時宜具備對工器具校驗周期提醒的功能;

d)備品備件管理:集中運維係統宜具備場站配備的備品備件的種類和數量統計功能,同時宜具備對備品備件安全庫存的定義(yi) 和缺庫提醒的功能｡

圖10 設備檔案和設備保養(yang) 管理

安全管理宜具備以下功能:

a)安全組織管理:實現集團公司､電站區域公司安全組織架構設定功能;

b)安全綜合管理:各種安全相關(guan) 的製度､培訓､考核､應急等的文檔管理功能;

c)安全檢查管理:實現安全檢查計劃､任務､結果的管理功能;

d)安全事故管理:實現安全事故登記與(yu) 處理閉環管理功能｡

檢修維修管理宜具備以下功能:

a)檢修維修單管理:實現各種故障檢修維修工作的單據登記､檢修

維修過程的資料､檢修維修結果的信息管理功能;

b)檢修計劃管理:實現檢修計劃信息的登記管理功能,信息內(nei) 容包括基本的季度､月度檢查計劃等;

c)缺陷管理:實現各種設備､各來源的缺陷信息登記､缺陷處理及處理結果信息登記功能;

d)隱患管理:實現各種設備､各來源的隱患信息登記､隱患治理及治理的記過信息登記功能;

e)預防性維護管理:實現預防性維護計劃,維護工作的內(nei) 容登記維護管理;包括預防性維護計劃､定期預防性維護檢驗等維護保養(yang) 信息內(nei) 容管理功能｡

圖11 工單管理和缺陷記錄

係統管理宜具備以下功能:

a)權限設置:登錄權限､場站權限､功能權限､數據權限;

b)在線用戶管理:用戶登錄､操作記錄;

c)時間同步:宜采用簡單網絡時間協議(SNTP)對時方式,並以此同步各子站;

d)Web功能:主站宜具備相關(guan) 數據的信息發布､瀏覽和下載等Web功能｡

圖12 用戶權限配置及用戶狀態監測

光伏發電功率預測

運維主站可根據當日光照和溫濕度數據預測光伏電站發電功率數據進行對照，用於(yu) 驗證光伏電站發電效率。

圖13 光伏運維主站、子站發電功率預測功能

箱變測控管理

箱式變電站由於(yu) 其占地麵積小，性價(jia) 比高，在分布式光伏電站中大量應用。箱變是光伏電站升壓並網的主要電氣設備，其運行狀態的好壞，直接影響整個(ge) 光伏發電係統的可靠性。因此需要對箱變進行電氣參數、環境參數、繞組溫度等進行全麵的監測和預警。

提供過電流保護、溫度保護、過/欠電壓保護、零序過流保護等功能；

實時監測變壓器高、低壓側(ce) 的電壓、電流、有功及無功等參數；

實時監測低壓室櫃門開關(guan) 狀態及箱變內(nei) 溫濕度、浸水、煙霧；

實時監測變壓器運行繞組溫度；

實時監測櫃內(nei) 母排、線纜接頭處溫度；

互聯互通，支持 有線或無線通訊，可將數據傳(chuan) 輸至後台。

圖14 箱變測控係統圖

通過AcrelEMS可實時監控箱變變壓器和高低壓櫃電氣參數、溫度、箱變內(nei) 濕度等數據，在數據超過正常閾值或發生異常變位時可及時發出告警信號。

圖15 變壓器及箱變環境監測

光伏運維相關(guan) 二次設備選型

安科瑞提供光伏運維子站、運維主站監測軟件、數據網關(guan) 和保護測控單元、交直流監測多功能儀(yi) 表及相關(guan) 傳(chuan) 感器，具備電能質量監測和治理裝置，保障光伏電站高效運行。

電化學儲(chu) 能係統監控及集中運維管理

      近年來在新型電力係統安全穩定需求下，電化學儲(chu) 能電站快速發展，但是儲(chu) 能電站安全運維管理尤為(wei) 重要，電池熱失控引發的事故也時有發生。儲(chu) 能電站的運維不僅(jin) 僅(jin) 是基本的巡檢，值守，保養(yang) ，更要不斷積累運行的數據，並對當前電池的容量，健康指標都進行實時跟蹤，進而不斷調整控製策略等等。因此運維人員需具備較高的專(zhuan) 業(ye) 水平和豐(feng) 富的實操經驗，配合儲(chu) 能運維管理係統和健全的安全管理規程，才能高水平地運維，提升電站的盈利。

      儲(chu) 能電站的運維管理主要包括電池及電池管理係統(BMS)、儲(chu) 能變流器(PCS)、能量管理係統(EMS)配套的電氣係統(升壓變壓器、並網開關(guan) 櫃)、消防係統、空調係統、站用電係統的監測和運維。

相關(guan) 標準

《電化學儲(chu) 能電站安全規程》GB/T 42288

《電化學儲(chu) 能係統接入電網技術規定》GB/T 36547

《電化學儲(chu) 能電站設計規範》GB 51048

《電化學儲(chu) 能電站設計標準（征求意見稿）》

《電化學儲(chu) 能係統儲(chu) 能變流器技術規範》GB/T 34120

《電力儲(chu) 能用鋰離子電池》GB/T 36276

《電化學儲(chu) 能電站監控係統技術規範》NB/T 42090

《電化學儲(chu) 能電站用鋰離子電池技術規範》NB/T 42091

《爆炸危險環境電力裝置設計規範》GB 50058

《儲(chu) 能電站用鋰離子電池管理係統技術規範》GB/T 34131

《電力係統電化學儲(chu) 能係統通用技術條件》 GB/T 36558

係統構成

根據NB/T 42091《電化學儲(chu) 能電站監控係統技術規範》，儲(chu) 能監控係統宜采用星型網絡，功率小於(yu) 1MW且容量小於(yu) 1MWh的電化學儲(chu) 能監控係統宜采用單網配置，如圖16。

圖16 電化學儲(chu) 能係統單網監控係統網絡結構圖

功率為(wei) 1MW及以上且容量為(wei) 1MWh及以上的電化學儲(chu) 能監控係統宜采用雙網配冗餘(yu) 置，如圖17。

圖17 電化學儲(chu) 能係統雙網監控係統網絡結構圖

監測設備包括BMS、PCS、保護測控設備、其他設備(電能計量、絕緣監測、消防、空調、站用直流屏等)。

電化學儲(chu) 能電站監控運維管理係統

      Acrel-2000MG儲(chu) 能係統能量管理係統和AcrelEMS企業(ye) 微電網能效管理平台能夠對企業(ye) 微電網的源（市電、分布式光伏、微型風機）、網（企業(ye) 內(nei) 部配電網）、荷（固定負荷和可調負荷）、儲(chu) 能係統、新能源汽車充電負荷進行實時監測和優(you) 化控製，保護微電網儲(chu) 能係統運行安全，實現不同目標下源網荷儲(chu) 資源之間的靈活互動，增加多策略控製下係統的穩定運行。同時促進新能源消納、合理削峰填穀，減少電網建設投資，提升微電網運行安全，降低運行成本。Acrel-2000MG儲(chu) 能係統能量管理係統適合部署在本地，作為(wei) 實時監控、異常告警和策略管理；AcrelEMS企業(ye) 微電網能效管理平台適用於(yu) 企業(ye) 源網荷儲(chu) 充運維的一體(ti) 化管理平台，並提供移動端數據服務和異常告警。

數據采集和處理

      監控係統應能通過測控單元及功率變換係統、電池管理係統進行實時信息的采集和處理。監控係統應設置通信接口與(yu) 電池管理係統連接，接收和處理的信息宜包括但不限於(yu) ：

a）電池模塊的電壓、溫度、電池能量；

b）電池簇的電流、電壓、功率、電池能量、可充可放電量、累積充放電電量，以及*高、*低

單體(ti) 電壓及其電池編號：

c）電池堆可充可放電量、累積充放電電量；

d）各種故障告警和保護動作信號；

電池簇

圖18 Acrel-2000MG和AcrelEMS電池數據采集

功率變換係統(PCS)上送信息宜包括但不限於(yu) ：

a）開關(guan) 量信息：直流側(ce) 與(yu) 交流側(ce) 接觸器、斷路器的狀態；運行模式（並網、離網）、運行狀態

（充電、放電、待機等）、就地操作把手的狀態等：

b）模擬量信息：直流側(ce) 電壓、電流、功率，交流側(ce) 三相電壓、電流、有功、無功；

c）非電量信息：IGBT模塊溫度、電抗器溫度、隔離變溫度等；

d）運行信息：功率變換係統保護動作信號、事故告警信號等。

監視和報警

監控係統的監視功能應符合但不限於(yu) 下列要求：

a）應能通過顯示器對主要電氣設備運行參數和設備狀態進行監視；

b）應能監視並實時顯示各設備的通信狀態和通信報文；

c）電池管理係統、功率變換係統上傳(chuan) 監控係統的遙測量和告警量須有專(zhuan) 門的界麵顯示和告警事件記錄

圖19 Acrel-2000MG和AcrelEMS 監視和報警分級

控製與(yu) 調節

控製範圍：站內(nei) 交流回路斷路器、功率變換係統及其他相關(guan) 重要設備，包括功率變換係統啟/停、運行/檢修狀態切換、並網充/放電、離網放電、保護軟壓板投切等。監控係統根據功能定位支持下列應用模式：削峰填穀、孤網運行、係統調頻、電壓支撐、電能質量治理、平滑功率輸出、跟蹤計劃出力。

圖19 Acrel-2000MG和AcrelEMS 儲(chu) 能係統監控

電能質量監測

      監測儲(chu) 能係統交流回路的電壓波動與(yu) 閃變、三相電壓不平衡、電壓暫升/暫降、短時中斷、諧波畸變等工況，實時記錄事件並故障錄波，為(wei) 電能質量分析與(yu) 治理提供數據來源。

圖20 Acrel-2000MG和AcrelEMS 電能質量分析

企業(ye) 微電網能效管理

      AcrelEMS企業(ye) 微電網能效管理平台除了對儲(chu) 能係統提供監控報警之外，還適用於(yu) 企業(ye) 內(nei) 部的源網荷儲(chu) 充運維的一體(ti) 化管理平台，為(wei) 企業(ye) 微電網能效管理提供的監測、優(you) 化控製、設備管理、運維管理、分析報告等，並提供基於(yu) WEB和APP的數據服務和異常告警。

      平台可根據企業(ye) 光伏發電數據、儲(chu) 能控製策略以及負荷波動情況為(wei) 企業(ye) 提供微電網運行數據，製定用電優(you) 化方案，在提高企業(ye) 微電網運行安全的前提下幫助企業(ye) 降低用電成本，促進清潔能源消納。

圖21 AcrelEMS企業(ye) 微電網能效管理平台

電化學儲(chu) 能電站監控運維管理係統二次設備選型

      安科瑞提供電化學儲(chu) 能電站監控運維管理軟件、數據網關(guan) 和保護測控單元、多功能儀(yi) 表及相關(guan) 傳(chuan) 感器，具備電能質量監測和治理裝置，保障儲(chu) 能電站及企業(ye) 微電網高效運行。

表3 儲(chu) 能電站監控運維管理係統選型方案

結束語

      在雙碳目標以及電網運行安全要求驅動下，光伏發電以及配套儲(chu) 能係統未來將會(hui) 得到越來越多的政策支持，可以想象未來也會(hui) 有越來越多的資本投入促使行業(ye) 迅速發展，從(cong) 而提高電網運行安全，提升電能使用效率。但是微電網係統，特別是光伏電站和儲(chu) 能電站的運行安全不容忽視，需要嚴(yan) 格按照標準，建立光伏和儲(chu) 能監測運維管理係統對光伏電站和儲(chu) 能係統進行監視、預警、控製和運維管理，保障安全生產(chan) 。

      未來新型電力係統中，企業(ye) 光儲(chu) 充微電網內(nei) 部以及企業(ye) 微電網和大電網的互動也會(hui) 越來越頻繁，這需要一套統一平台來對企業(ye) 的“源-網-荷-儲(chu) -充”及運維進行統一監測和管理，這樣才能保障企業(ye) 微電網高效運行，從(cong) 而促進新型電力係統邁向穩定、可靠、低碳的良性循環。

作者簡介：簡婷，女，本科，現就職於(yu) 开云体育手机下载教程，主要研究方向為(wei) 儲(chu) 能電站監控運維管理係統。