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(jīng)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(zhuǎn)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(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%。一季度全國風電新增并網(wǎng)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(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(wǎng)能源投資有限公司發(fā)布2023年200MWh用戶側(cè)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(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。

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(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(wǎng)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(wǎng)運行控制規(guī)范》GB/T 33592

《分布式電源接入電網(wǎng)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(jié)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(wǎng)?專網(wǎng)(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(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

運維子站可根據(jù)分布式光伏電站裝機容量、有/無人值班等情況設置，在無人值班的情況下當?shù)乜刹辉O置運維子站，數(shù)據(jù)直接通過數(shù)據(jù)網(wǎng)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(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)子站應建立數(shù)據(jù)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(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

4.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(jù)網(wǎng)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(zhì)量監(jiān)測和治理裝置，保障光伏電站高效運行。

5.?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(jù)，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(diào)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(jīng)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(wǎng)開關柜)、消防系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、站用電系統(tǒng)的監(jiān)測和運維。

5.1?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(wǎng)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

5.2?系統(tǒng)構成

根據(jù)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(wǎng)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(wǎng)配置，如圖16。

圖16 電化學儲能系統(tǒng)單網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)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(wǎng)配冗余置，如圖17。

圖17 電化學儲能系統(tǒng)雙網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構圖

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

5.3?電化學儲能電站監(jiān)控運維管理系統(tǒng)

Acrel-2000MG儲能系統(tǒng)能量管理系統(tǒng)和AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)能效管理平臺能夠?qū)ζ髽I(yè)微電網(wǎng)的源（市電、分布式光伏、微型風機）、網(wǎng)（企業(yè)內(nèi)部配電網(wǎng)）、荷（固定負荷和可調(diào)負荷）、儲能系統(tǒng)、新能源汽車充電負荷進行實時監(jiān)測和優(yōu)化控制，保護微電網(wǎng)儲能系統(tǒng)運行安全，實現(xiàn)不同目標下源網(wǎng)荷儲資源之間的靈活互動，增加多策略控制下系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。同時促進新能源消納、合理削峰填谷，減少電網(wǎng)建設投資，提升微電網(wǎng)運行安全，降低運行成本。Acrel-2000MG儲能系統(tǒng)能量管理系統(tǒng)適合部署在本地，作為實時監(jiān)控、異常告警和策略管理；AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)能效管理平臺適用于企業(yè)源網(wǎng)荷儲充運維的一體化管理平臺，并提供移動端數(shù)據(jù)服務和異常告警。

①　數(shù)據(jù)采集和處理

監(jiān)控系統(tǒng)應能通過測控單元及功率變換系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)進行實時信息的采集和處理。監(jiān)控系統(tǒng)應設置通信接口與電池管理系統(tǒng)連接，接收和處理的信息宜包括但不限于：

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，以及最高、最低

單體電壓及其電池編號：

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；

圖18 Acrel-2000MG和AcrelEMS電池數(shù)據(jù)采集

功率變換系統(tǒng)(PCS)上送信息宜包括但不限于：

a）開關量信息：直流側(cè)與交流側(cè)接觸器、斷路器的狀態(tài)；運行模式（并網(wǎng)、離網(wǎng)）、運行狀態(tài)

（充電、放電、待機等）、就地操作把手的狀態(tài)等：

b）模擬量信息：直流側(cè)電壓、電流、功率，交流側(cè)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：功率變換系統(tǒng)保護動作信號、事故告警信號等。

圖18 Acrel-2000MG和AcrelEMS 功率變換系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集

②　監(jiān)視和報警

監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)視功能應符合但不限于下列要求：

a）應能通過顯示器對主要電氣設備運行參數(shù)和設備狀態(tài)進行監(jiān)視；

b）應能監(jiān)視并實時顯示各設備的通信狀態(tài)和通信報文；

c）電池管理系統(tǒng)、功率變換系統(tǒng)上傳監(jiān)控系統(tǒng)的遙測量和告警量須有專門的界面顯示和告警

圖19 Acrel-2000MG和AcrelEMS 監(jiān)視和報警分級

③　控制與調(diào)節(jié)

控制范圍：站內(nèi)交流回路斷路器、功率變換系統(tǒng)及其他相關重要設備，包括功率變換系統(tǒng)啟/停、運行/檢修狀態(tài)切換、并網(wǎng)充/放電、離網(wǎng)放電、保護軟壓板投切等。監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)功能定位支持下列應用模式：削峰填谷、孤網(wǎng)運行、系統(tǒng)調(diào)頻、電壓支撐、電能質(zhì)量治理、平滑功率輸出、跟蹤計劃出力。

圖19 Acrel-2000MG和AcrelEMS 儲能系統(tǒng)監(jiān)控