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(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

發(fā)展趨勢

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。

在光伏、儲能行業(yè)飛速發(fā)展的同時，已建的光伏、風(fēng)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(jié)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(wǎng)能源投資有限公司發(fā)布2023年200MWh用戶側(cè)儲能項目設(shè)備及運維招標公告，運維服務(wù)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(shè)備、儲能設(shè)備以及配套的箱變等電氣設(shè)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(fēng)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(dǎo)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(shè)備的不完備、急于上馬引起的施工漏洞又多，選址科學(xué)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(shù)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(zhuǎn)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。

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(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。

3.1相關(guān)標準

《分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)集中運維技術(shù)規(guī)范》GB/T 38946

《戶用分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)接口技術(shù)規(guī)范》GB/T 33342

《分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)遠程監(jiān)控技術(shù)規(guī)范》GB/T 34932

《光伏發(fā)電站設(shè)計規(guī)范》GB 50797

《分布式電源并網(wǎng)運行控制規(guī)范》GB/T 33592

《分布式電源接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》Q/GDW1480

3.2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。

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(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?

圖4 分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)展示

3.4光伏運維主站解決方案

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

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(yīng)用。箱變是光伏電站升壓并網(wǎng)的主要電氣設(shè)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)、繞組溫度等進行監(jiān)測和預(yù)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(cè)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(guān)狀態(tài)及箱變內(nèi)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(nèi)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(jù)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(nèi)濕度等數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)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

3.1光伏運維相關(guān)二次設(shè)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(jù)網(wǎng)關(guān)和保護測控單元、交直流監(jiān)測多功能儀表及相關(guān)傳感器，具備電能質(zhì)量監(jiān)測和治理裝置，保障光伏電站有效運行。

表2 光伏電站監(jiān)控運維管理系統(tǒng)選型方案

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)。