安科瑞光伏電站一體化監(jiān)控及運維解決方案

摘要：今年以來，在政策利好推動下光伏、風(fēng)力發(fā)電、電化學(xué)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(jīng)成為新型電力系統(tǒng)重要的組成部分，同時這也導(dǎo)致新型電力系統(tǒng)比傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)更為復(fù)雜，未來預(yù)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(zhuǎn)型，從而實現(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(shè)施怎么通過系統(tǒng)來實現(xiàn)有效的運維管理，使之安全、可靠運行。

關(guān)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.趨勢背景

據(jù)國家能源局新能源和可再生能源司數(shù)據(jù)顯示，2023年一季度全國光伏新增并網(wǎng)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(fēng)電新增并網(wǎng)容量10.40GW，其中陸上風(fēng)電9.89GW，海上風(fēng)電0.51GW。截至一季度末，全國風(fēng)電累計裝機達到376GW，同比增長11.8%，其中陸上風(fēng)電345GW，海上風(fēng)電30.89GW。風(fēng)電投資完成約249億元，同比增長15%。

2023年1-4月電化學(xué)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(xué)儲能電站裝機容量在今年上半年均大幅增長，預(yù)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.分布式光伏電站監(jiān)控及集中運維管理

2.1概述

光伏電站的運維對光伏電站的發(fā)電量至關(guān)重要，包括光伏組件、逆變器以及相關(guān)的電氣回路、升壓變壓器及并網(wǎng)柜等，數(shù)據(jù)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(jù)指標，并通過這些數(shù)據(jù)指標來判斷電站的運行狀況和效率。在數(shù)據(jù)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(yīng)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(shù)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。

2.2系統(tǒng)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(wǎng)?專網(wǎng)(專線/VPN加密鏈路)方式,宜采取相應(yīng)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(yīng)系統(tǒng)的接入要求;

c)視頻信息不宜與監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸共用一個通道;

d)支持與電網(wǎng)調(diào)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(gòu)

運維子站可根據(jù)分布式光伏電站裝機容量、有/無人值班等情況設(shè)置，在無人值班的情況下當?shù)乜刹辉O(shè)置運維子站，數(shù)據(jù)直接通過數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)上傳運維主站。咨詢熱線電話：172-6975-8633

3.光伏運維子站平臺功能

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(shù)規(guī)范》中對運維子站的相關(guān)技術(shù)要求。

①數(shù)據(jù)信號采集

（1）運維子站采集的模擬量數(shù)據(jù)包括下列內(nèi)容:

a)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)每個并網(wǎng)點有功功率?無功功率?電壓?電流?頻率?電能量等數(shù)據(jù);

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(jù);

c)匯流箱各路電流?匯總輸出電流?母線電壓量等數(shù)據(jù);

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(jù);

e)子站應(yīng)建立數(shù)據(jù)存儲,存儲時間應(yīng)不少于7d?

圖2 分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)顯示

（2）運維子站采集的狀態(tài)信號包括下列內(nèi)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(guān)量信號;

b)分布式光伏發(fā)電每個并網(wǎng)點斷路器和隔離開關(guān)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(diào)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(shè)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(jù)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(zhuǎn)換?信號接點抖動消除?刻度計算等加工?數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)可進行數(shù)據(jù)合理性檢查?異常數(shù)據(jù)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(jù)和應(yīng)用數(shù)據(jù)分類存儲和管理?

4.光伏運維主站平臺功能

安科瑞AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)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(shù)規(guī)范》中對集中運維主站的相關(guān)技術(shù)要求如下：

①集中運行監(jiān)視宜具備以下功能:

a)基礎(chǔ)信息展示:基礎(chǔ)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(wǎng)點?變壓器等設(shè)備監(jiān)測點的歷史數(shù)據(jù)查詢與導(dǎo)出;

e)單電站數(shù)據(jù)展示:直觀展示電站全年?各月的計劃完成情況?上網(wǎng)電量?綜合效率等統(tǒng)計指標;

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

g)報表管理:根據(jù)需求選擇歷史數(shù)據(jù),生成不同格式和類型的報表;報表應(yīng)支持文件導(dǎo)出和打印等功能?

圖6 日月年發(fā)電數(shù)據(jù)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(shè)備的操作與控制,包括遙控?遙調(diào)?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(yù)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(jīng)過防誤驗證,并有出錯告警功能;

c)順序控制:能夠按照預(yù)先設(shè)定的順序和流程控制電站設(shè)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(nèi)容?操作時間?操作結(jié)果等,可供調(diào)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?qū)⒎植际焦夥l(fā)電系統(tǒng)現(xiàn)場所采集到的各設(shè)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(shè)備位置?近期操作記錄?故障狀態(tài)等信息;

c)能夠?qū)υ诩羞\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?qū)收闲畔⑴挪榻鉀Q完畢后對故障造成的損失進行評估;

e)能夠?qū)τ晒收细婢疤幹眠^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(chǎn)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(shè)備?巡點檢路線?巡點檢任務(wù)以及異常數(shù)據(jù)反饋等功能,異常數(shù)據(jù)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(yīng)的報告和報表功能,并支持文件導(dǎo)出要求;

d)資料管理功能:具備對系統(tǒng)相關(guān)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(shè)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(shè)定的功能;

b)物資臺賬管理:系統(tǒng)宜支持對設(shè)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(shè)備檔案和設(shè)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(gòu)設(shè)定功能;

b)安全綜合管理:各種安全相關(guān)的制度?培訓(xùn)?考核?應(yīng)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(wù)?結(jié)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(jù)登記?檢修

維修過程的資料?檢修維修結(jié)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(nèi)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(shè)備?各來源的缺陷信息登記?缺陷處理及處理結(jié)果信息登記功能;

d)隱患管理:實現(xiàn)各種設(shè)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(yù)防性維護管理:實現(xiàn)預(yù)防性維護計劃,維護工作的內(nèi)容登記維護管理;包括預(yù)防性維護計劃?定期預(yù)防性維護檢驗等維護保養(yǎng)信息內(nèi)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(quán)限設(shè)置:登錄權(quán)限?場站權(quán)限?功能權(quán)限?數(shù)據(jù)權(quán)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(wǎng)絡(luò)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(guān)數(shù)據(jù)的信息發(fā)布?瀏覽和下載等Web功能?

圖12 用戶權(quán)限配置及用戶狀態(tài)監(jiān)測

⑨光伏發(fā)電功率預(yù)測

運維主站可根據(jù)當日光照和溫濕度數(shù)據(jù)預(yù)測光伏電站發(fā)電功率數(shù)據(jù)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(yù)測功能

5.光伏運維相關(guān)二次設(shè)備選型

6.結(jié)束語

在雙碳目標以及電網(wǎng)運行安全要求驅(qū)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(wǎng)運行安全，提升電能使用效率。但是微電網(wǎng)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(yù)警、控制和運維管理，保障安全生產(chǎn)。

未來新型電力系統(tǒng)中，企業(yè)光儲充微電網(wǎng)內(nèi)部以及企業(yè)微電網(wǎng)和大電網(wǎng)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(wǎng)-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(wǎng)有效運行，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