安科瑞光伏、儲能一體化監(jiān)控及運維解決方案

前言
今年以來，在政策利好推動下光伏、風力發(fā)電、電化學儲能及抽水蓄能等新能源行業(yè)發(fā)展迅速，裝機容量均大幅度增長，新能源發(fā)電已經成為新型電力系統(tǒng)重要的組成部分，同時這也導致新型電力系統(tǒng)比傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)更為復雜，未來預計可再生能源裝機規(guī)模仍將快速增長，逐步完成能源體系的深度轉型，最終實現(xiàn)“碳中和”目標。隨之而來的是光伏電站、儲能以及配套的電氣設施怎么通過系統(tǒng)來實現(xiàn)高效的運維管理，使之安全、可靠、高效運行。
關鍵字：光伏監(jiān)控；光伏運維；儲能監(jiān)控；儲能運維；箱變監(jiān)測
1.2023年光伏、儲能發(fā)展趨勢
據國家能源局新能源和可再生能源司數(shù)據顯示，2023年一季度全國光伏新增并網33.66GW，同比增長154.8%，其中集中式光伏發(fā)電15.53GW，分布式光伏發(fā)電18.13GW。截至一季度末，全國光伏發(fā)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(fā)電投資完成522億元，同比增長177.6%。一季度全國風電新增并網容量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249億元，同比增長15%。
2023年1-4月電化學儲能投運項目共73個，裝機規(guī)模為2.523GW/5.037GWh，裝機功率較去年同期（374.4MW）同比增長577.1%。其中磷酸鐵鋰儲能項目高達69個，裝機規(guī)模為2.52GW/5.019GWh；液流電池儲能項目共4個，裝機規(guī)模為3.1MW/ 18.1MWh。
光伏電站和電化學儲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，接下來光儲系統(tǒng)還會保持較大增長，以滿足雙碳計劃的要求。
2.光伏、儲能運維市場分析
在光伏、儲能行業(yè)飛速發(fā)展的同時，已建的光伏、風力發(fā)電站和儲能系統(tǒng)的監(jiān)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(fā)企業(yè)運維招標規(guī)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。光伏代運維價格因光伏電站的地理分布、容量、環(huán)境以及考核條件的不同，價格也會有較大的差異，從表1可以看出運維價格最低至1.93元/年*kW。

表1 光伏電站代運維招標及中標情況
同樣儲能電站的代運維價格波動也比較大，比如廣東電網能源投資有限公司發(fā)布2023年200MWh用戶側儲能項目設備及運維招標公告，運維服務價格為6元/年*kWh；克拉瑪依市600MW光伏配套120MW/240MWh儲能運維總承包開標價格為499元/年*kWh，運維包含光伏設備、儲能設備以及配套的箱變等電氣設備的運維。
光伏、儲能系統(tǒng)的代運維價格不高，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(jiān)控系統(tǒng)來管理和運維，人力成本將會非常高，而且發(fā)電效率也難以掌控，這將會導致代運維公司無法盈利。在很長一段時間里，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(fā)電設備的不完備、急于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。但這一過程并非沒有變化。通過各種技術手段升級，新能源電站運維逐漸從粗放式管理向精益管理轉變。從業(yè)者也就在不斷探索怎么縮減對人力的依賴，怎樣提高管理效率。
3.分布式光伏電站監(jiān)控及集中運維管理
光伏電站的運維對光伏電站的發(fā)電量至關重要，包括光伏組件、逆變器以及相關的電氣回路、升壓變壓器及并網柜等，數(shù)據監(jiān)測是光伏電站運維中一個非常重要的部分，可以通過運維管理系統(tǒng)實時獲取光伏電站的各項數(shù)據指標，并通過這些數(shù)據指標來判斷電站的運行狀況和效率。在數(shù)據監(jiān)測方面，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(shù)進行實時監(jiān)測，以了解光伏電站的實時工作狀態(tài)。其次，需要對光伏電站的溫濕度、太陽輻照度等環(huán)境因素進行監(jiān)測，以了解電站的運行環(huán)境情況。最后，需要對光伏電站的累計發(fā)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(fā)電系統(tǒng)集中運維技術規(guī)范》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。
3.1相關標準
《分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)集中運維技術規(guī)范》GB/T 38946
《戶用分布式光伏發(fā)電并網接口技術規(guī)范》GB/T 33342
《分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)遠程監(jiān)控技術規(guī)范》GB/T 34932
《光伏發(fā)電站設計規(guī)范》GB 50797
《分布式電源并網運行控制規(guī)范》GB/T 33592
《分布式電源接入電網技術規(guī)定》Q/GDW1480
3.2系統(tǒng)構成
集中運維系統(tǒng)可包括主站和子站以及之間的通信通道,系統(tǒng)結構可參照圖1。
a)主站與子站間的通信可采用無線(GPRS/3G/4G)?公網?專網(專線/VPN加密鏈路)方式,宜采取相應的信息安全防護措施;
b)主站與外部系統(tǒng)的通信滿足相應系統(tǒng)的接入要求;
c)視頻信息不宜與監(jiān)控數(shù)據傳輸共用一個通道;
d)支持與電網調度系統(tǒng)通信,通信規(guī)約宜采用DL/T634.5101?DL/T634.5104;支持與各子站通信。

圖1 運維主站與子站系統(tǒng)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?shù)乜刹辉O置運維子站，數(shù)據直接通過數(shù)據網關上傳運維主站。
3.3光伏運維子站解決方案
安科瑞Acrel1000-DP分布式光伏電站電力監(jiān)控系統(tǒng)為分布式光伏電站運維子系統(tǒng)提供了解決方案，滿足GB/T 38946《分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)集中運維技術規(guī)范》中對運維子站的相關技術要求。
①數(shù)據信號采集
（1）運維子站采集的模擬量數(shù)據包括下列內容:
a)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)每個并網點有功功率?無功功率?電壓?電流?頻率?電能量等數(shù)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(shù)據;
c)匯流箱各路電流?匯總輸出電流?母線電壓量等數(shù)據;
d)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)周圍環(huán)境包括環(huán)境溫度?輻照度?電池板溫度等數(shù)據;
e)子站應建立數(shù)據存儲,存儲時間應不少于7d?

圖2 分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據顯示
（2）運維子站采集的狀態(tài)信號包括下列內容:
a)分布式光伏發(fā)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(tài)以及遠方/就地控制等各種開關量信號;
b)分布式光伏發(fā)電每個并網點斷路器和隔離開關的位置信號?重合閘位置?保護動作及告警信號;
c)光伏逆變器運行狀態(tài)及告警信號;
d)分布式光伏發(fā)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(fā)電保護?安全自動裝置等設備狀態(tài),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(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)顯示
②數(shù)據信息處理
子站宜對所采集的實時信息進行數(shù)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(shù)據采集子系統(tǒng)可進行數(shù)據合理性檢查?異常數(shù)據分析?事件分類等處理,并支持常用的計算功能,支持對采集的各類原始數(shù)據和應用數(shù)據分類存儲和管理?

圖4 分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據展示
3.4光伏運維主站解決方案
安科瑞AcrelEMS企業(yè)微電網能效管理平臺適用于分布式光伏電站的運維管理。GB/T 38946《分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)集中運維技術規(guī)范》中對集中運維主站的相關技術要求如下：
①集中運行監(jiān)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?場站組件面積等;
b)電站實時監(jiān)視:具備主要測點的分時?分日?分月以及分年的數(shù)值展示圖表;

圖5 分布式光伏電站場站管理及發(fā)電功率實時監(jiān)控
c)電站統(tǒng)計分析:具備主要性能參數(shù)的分時?分日?分月以及分年的數(shù)值展示圖表,主要性能指標包括系統(tǒng)PR?等效利用小時數(shù)等;
d)歷史信息查詢:逆變器?匯流箱?電度表?環(huán)境監(jiān)測儀?并網點?變壓器等設備監(jiān)測點的歷史數(shù)據查詢與導出;
e)單電站數(shù)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(tǒng)計指標;
f)多場站數(shù)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:根據需求選擇歷史數(shù)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(fā)電數(shù)據報表及逆變器發(fā)電曲線分析
②操作與控制宜具備以下功能:
a)支持對電站設備的操作與控制,包括遙控?遙調?人工置數(shù)?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,包括基于預定義規(guī)則的常規(guī)防誤閉鎖和基于拓撲分析的防誤閉鎖功能;操作指令宜經過防誤驗證,并有出錯告警功能;
c)順序控制:能夠按照預先設定的順序和流程控制電站設備動作;
d)支持操作與控制可視化;
e)操作與控制宜有記錄,包括操作人,操作對象?操作內容?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
③故障告警管理宜具備以下功能:
a)能夠將分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)現(xiàn)場所采集到的各設備故障類遙信信號上報至集中運維系統(tǒng)進行展示;
b)能夠記錄故障告警的發(fā)生時間?設備位置?最近操作記錄?故障狀態(tài)等信息;
c)能夠對在集中運維系統(tǒng)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完畢后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
④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運行值班過程中的主要事件進行記錄;
b)巡點檢管理:制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(shù)據反饋等功能,異常數(shù)據可以自動觸發(fā)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,并支持文件導出要求;
d)資料管理功能:具備對系統(tǒng)相關資料進行分類管理的功能,并支持快速訪問和查閱?

圖9 巡檢管理及用戶報告
⑤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:系統(tǒng)宜支持按照GB/T50549要求進行編碼設定的功能;
b)物資臺賬管理:系統(tǒng)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:集中運維系統(tǒng)宜具備對場站配備的工器具的種類和數(shù)量統(tǒng)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:集中運維系統(tǒng)宜具備場站配備的備品備件的種類和數(shù)量統(tǒng)計功能,同時宜具備對備品備件安全庫存的定義和缺庫提醒的功能?

圖10 設備檔案和設備保養(yǎng)管理
⑥安全管理宜具備以下功能:
a)安全組織管理:實現(xiàn)集團公司?電站區(qū)域公司安全組織架構設定功能;
b)安全綜合管理:各種安全相關的制度?培訓?考核?應急等的文檔管理功能;
c)安全檢查管理:實現(xiàn)安全檢查計劃?任務?結果的管理功能;
d)安全事故管理:實現(xiàn)安全事故登記與處理閉環(huán)管理功能?
⑦檢修維修管理宜具備以下功能:
a)檢修維修單管理:實現(xiàn)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(xiàn)檢修計劃信息的登記管理功能,信息內容包括基本的季度?月度檢查計劃等;
c)缺陷管理:實現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)預防性維護計劃,維護工作的內容登記維護管理;包括預防性維護計劃?定期預防性維護檢驗等維護保養(yǎng)信息內容管理功能?

圖11 工單管理和缺陷記錄
⑧系統(tǒng)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(shù)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(xié)議(SNTP)對時方式,并以此同步各子站;
d)Web功能:主站宜具備相關數(shù)據的信息發(fā)布?瀏覽和下載等Web功能?

圖12 用戶權限配置及用戶狀態(tài)監(jiān)測
⑨光伏發(fā)電功率預測
運維主站可根據當日光照和溫濕度數(shù)據預測光伏電站發(fā)電功率數(shù)據進行對照，用于驗證光伏電站發(fā)電效率。

圖13 光伏運維主站、子站發(fā)電功率預測功能
3.5箱變測控管理
箱式變電站由于其占地面積小，性價比高，在分布式光伏電站中大量應用。箱變是光伏電站升壓并網的主要電氣設備，其運行狀態(tài)的好壞，直接影響整個光伏發(fā)電系統(tǒng)的可靠性。因此需要對箱變進行電氣參數(shù)、環(huán)境參數(shù)、繞組溫度等進行全面的監(jiān)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(jiān)測變壓器高、低壓側的電壓、電流、有功及無功等參數(shù)；
?實時監(jiān)測低壓室柜門開關狀態(tài)及箱變內溫濕度、浸水、煙霧；
?實時監(jiān)測變壓器運行繞組溫度；
?實時監(jiān)測柜內母排、線纜接頭處溫度；
?互聯(lián)互通，支持 有線或無線通訊，可將數(shù)據傳輸至后臺。

圖14 箱變測控系統(tǒng)圖
通過AcrelEMS可實時監(jiān)控箱變變壓器和高低壓柜電氣參數(shù)、溫度、箱變內濕度等數(shù)據，在數(shù)據超過正常閾值或發(fā)生異常變位時可及時發(fā)出告警信號。

圖15 變壓器及箱變環(huán)境監(jiān)測
3.6光伏運維相關二次設備選型
安科瑞提供光伏運維子站、運維主站監(jiān)測軟件、數(shù)據網關和保護測控單元、交直流監(jiān)測多功能儀表及相關傳感器，具備電能質量監(jiān)測和治理裝置，保障光伏電站高效運行。

表2 光伏電站監(jiān)控運維管理系統(tǒng)選型方案
4.電化學儲能系統(tǒng)監(jiān)控及集中運維管理
近年來在新型電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定需求下，電化學儲能電站快速發(fā)展，但是儲能電站安全運維管理尤為重要，電池熱失控引發(fā)的事故也時有發(fā)生。儲能電站的運維不僅僅是基本的巡檢，值守，保養(yǎng)，更要不斷積累運行的數(shù)據，并對當前電池的容量，健康指標都進行實時跟蹤，進而不斷調整控制策略等等。因此運維人員需具備較高的專業(yè)水平和豐富的實操經驗，配合儲能運維管理系統(tǒng)和健全的安全管理規(guī)程，才能高水平地運維，提升電站的盈利。
儲能電站的運維管理主要包括電池及電池管理系統(tǒng)(BMS)、儲能變流器(PCS)、能量管理系統(tǒng)(EMS)配套的電氣系統(tǒng)(升壓變壓器、并網開關柜)、消防系統(tǒng)、空調系統(tǒng)、站用電系統(tǒng)的監(jiān)測和運維。
4.1相關標準
《電化學儲能電站安全規(guī)程》GB/T 42288
《電化學儲能系統(tǒng)接入電網技術規(guī)定》GB/T 36547
《電化學儲能電站設計規(guī)范》GB 51048
《電化學儲能電站設計標準（征求意見稿）》
《電化學儲能系統(tǒng)儲能變流器技術規(guī)范》GB/T 34120
《電力儲能用鋰離子電池》GB/T 36276
《電化學儲能電站監(jiān)控系統(tǒng)技術規(guī)范》NB/T 42090
《電化學儲能電站用鋰離子電池技術規(guī)范》NB/T 42091
《爆炸危險環(huán)境電力裝置設計規(guī)范》GB 50058
《儲能電站用鋰離子電池管理系統(tǒng)技術規(guī)范》GB/T 34131
《電力系統(tǒng)電化學儲能系統(tǒng)通用技術條件》 GB/T 36558
4.2系統(tǒng)構成
根據NB/T 42091《電化學儲能電站監(jiān)控系統(tǒng)技術規(guī)范》，儲能監(jiān)控系統(tǒng)宜采用星型網絡，功率小于1MW且容量小于1MWh的電化學儲能監(jiān)控系統(tǒng)宜采用單網配置，如圖16。

圖16 電化學儲能系統(tǒng)單網監(jiān)控系統(tǒng)網絡結構圖
功率為1MW及以上且容量為1MWh及以上的電化學儲能監(jiān)控系統(tǒng)宜采用雙網配冗余置，如圖17。

5.結束語
在雙碳目標以及電網運行安全要求驅動下，光伏發(fā)電以及配套儲能系統(tǒng)未來將會得到越來越多的政策支持，可以想象未來也會有越來越多的資本投入促使行業(yè)迅速發(fā)展，從而提高電網運行安全，提升電能使用效率。但是微電網系統(tǒng)，特別是光伏電站和儲能電站的運行安全不容忽視，需要嚴格按照標準，建立光伏和儲能監(jiān)測運維管理系統(tǒng)對光伏電站和儲能系統(tǒng)進行監(jiān)視、預警、控制和運維管理，保障安全生產。
未來新型電力系統(tǒng)中，企業(yè)光儲充微電網內部以及企業(yè)微電網和大電網的互動也會越來越頻繁，這需要一套統(tǒng)一平臺來對企業(yè)的“源-網-荷-儲-充”及運維進行統(tǒng)一監(jiān)測和管理，這樣才能保障企業(yè)微電網高效穩(wěn)定低碳運行，從而促進新型電力系統(tǒng)邁向穩(wěn)定可靠低碳的良性循環(huán)。

審核編輯 黃宇