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，*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*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據指標，并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(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。*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。

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

1. 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/T634.5101DL/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地可不設置運維子站，數據直接通過數據網關上傳運維主站。

1. 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　數據信號采集
（1）運維子站采集的模擬量數據包括下列內容:
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(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據;
e)子站應建立數據存儲,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系統(tǒng)可進行數據合理性檢查異常數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據和應用數據分類存儲和管理
 
圖4 分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)數據展示

1. 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,主要性能指標包括系統(tǒng)PR等效利用小時數等;
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)測點的歷史數據查詢與導出;
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(tǒng)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*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據反饋等功能,異常數據可以自動觸發(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據預測光伏電站發(fā)電功率數據進行對照，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

1. 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、環(huán)境參數、繞組溫度等進行全面的監(jiān)測和預警。

1. 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；
2. 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；
3. 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；
4. 實時監(jiān)測變壓器運行繞組溫度；
5. 實時監(jiān)測柜內母排、線纜接頭處溫度；
6. 互聯(lián)互通，支持 有線或無線通訊，可將數據傳輸至后臺。

 
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、溫度、箱變內濕度等數據，在數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

1. 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。

名稱	圖片	型號	功能	應用
微機保護裝置		AM6-L AM6-T	35、10kV回路的電流電壓保護、非電量保護、測量和自動控制功能。	進線、升壓變壓器保護測控
		AM5SE-IS	防孤島保護裝置，當外部電網停電后斷開和電網連接	并網點或產權分界點
電能質量監(jiān)測裝置		APView500	實時監(jiān)測電壓偏差、頻率偏差、三相電壓不平衡、電壓波動和閃變、驟升驟降、諧波等電能質量，記錄各類電能質量事件,定位擾動源。	并網點
弧光保護裝置		ARB5-M	適用于開關柜弧光信號和電流信號的采集，并控制進線柜或母聯(lián)柜分閘	中壓母線保護
動態(tài)諧波無功補償系統(tǒng)		AnCos*/*-G Ⅰ型	同時具備諧波治理、無功功率線性補償與三相電流平衡治理和穩(wěn)定電壓的功能，動態(tài)補償功率因數；	電能質量治理
智能儀表		APM500	具有全電量測量，諧波畸變率、電壓合格率統(tǒng)計、分時電能統(tǒng)計，開關量輸入輸出，模擬量輸入輸出。	主要用于高低壓電能監(jiān)測和電能管理
智能儀表		AEM96	具有全電量測量，諧波畸變率、分時電能統(tǒng)計，開關量輸入輸出，模擬量輸入輸出。	主要用于電能計量和監(jiān)測
匯流箱		APV光伏匯流箱	防護等級為IP65,滿足室內外安裝要求； 采用霍爾傳感器，隔離測量，*大16路輸入；耐壓DC1kV,熔斷電流可選擇； 可選電壓測量功能,*高測量電壓DC 1kV；具有RS485通訊接口，ModBus-RTU通訊協(xié)議；	集中光伏電站直流匯流箱
光伏匯流采集裝置		AGF-Mxx	一次電流采用穿孔方式接入，*大20A，穿孔方式接入，安裝方便，安全性高 帶3 路開關量狀態(tài)監(jiān)測，可以對匯流箱內的防雷器、斷路器狀態(tài)進行監(jiān)控，具備RS485接口，將監(jiān)測數據上傳至后臺系統(tǒng)，安裝于匯流箱內。
直流電能表		DJSF1352	可測量直流系統(tǒng)中的電壓、電流、功率以及正反向電能等，配套霍爾傳感器(可選)。	直流測量
		DJSF1352-RN
霍爾傳感器		AHKC-EKAA	測量DC0~(5-500)A電流，輸出DC4-20mA,工作電源DC12/24V。	直流系統(tǒng)電流監(jiān)測
遙信遙控單元		ARTU-KJ8	8路狀態(tài)量采集，8路控制輸出，導軌式安裝，485通訊，可實現(xiàn)斷路器或接觸器的遠程控制和狀態(tài)量采集。	狀態(tài)量采集和控制輸出
溫濕度采集單元		WHD46	采集變壓器繞組溫度、環(huán)境溫度、濕度數據	采集變壓器溫度、室內溫濕度等
無線測溫傳感器		ATE400	監(jiān)測35kV及以下電壓等級配電系統(tǒng)母排、線纜連接點溫度和溫升預警。	適用于35kV及以下電壓等級開關柜母排、斷路器、電纜接頭等接點溫度監(jiān)測
無線測溫接收器		ATC600	接收無線測溫傳感器數據并通過RS485上傳。
智能網關		ANet-2E4SM	邊緣計算網關，嵌入式linux系統(tǒng)，提供AES加密及MD5身份認證等安全需求，支持斷點續(xù)傳，支持Modbus、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、101、103、104協(xié)議，支持4G上傳	電能、環(huán)境等數據采集、上傳和邏輯判斷
運維子站		Acrel-1000DP	分布式光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)	適用于光伏電站就地監(jiān)控系統(tǒng)，作為集中監(jiān)控運維平臺的就地子站。
運維主站		AcrelEMS	企業(yè)微電網能效管理系統(tǒng)，除了接入分布式光伏電站外，還可以接入企業(yè)變電所、儲能、充電樁、設備管理、運維管理，實現(xiàn)集中監(jiān)控，統(tǒng)一運維管理。	適用于企業(yè)微電網集中監(jiān)控運維管理

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。

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

1. 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。
 
圖17 電化學儲能系統(tǒng)雙網監(jiān)控系統(tǒng)網絡結構圖