光伏、儲能一體化監控及運維解決方案

前言：今年以來(lái)，在政策利好推動(dòng)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(cháng)，新能源發(fā)電已經(jīng)成為新型電力系統重要的組成部分，同時(shí)這也導致新型電力系統比傳統的電力系統更為復雜，未來(lái)預計可再生能源裝機規模仍將快速增長(cháng)，逐步完成能源體系的深度轉型，從而實(shí)現“碳中和”目標。隨之而來(lái)的是光伏電站、儲能以及配套的電氣設施怎么通過(guò)系統來(lái)實(shí)現有效的運維管理，使之安全、可靠運行。

關(guān)鍵字：光伏監控；光伏運維；儲能監控；儲能運維；箱變監測

發(fā)展趨勢

2023年1-4月電化學(xué)儲能投運項目共73個(gè)，裝機規模為2.523GW/5.037GWh，裝機功率較去年同期（374.4MW）同比增長(cháng)577.1%。其中磷酸鐵鋰儲能項目高達69個(gè)，裝機規模為2.52GW/5.019GWh；液流電池儲能項目共4個(gè)，裝機規模為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(cháng)，預計受政策激勵影響，接下來(lái)光儲系統還會(huì )保持較大增長(cháng)，以滿(mǎn)足雙碳計劃的要求。

在光伏、儲能行業(yè)飛速發(fā)展的同時(shí)，已建的光伏、風(fēng)力發(fā)電站和儲能系統的監控、運維管理項目的招標也非常多，2023年上半年，光伏電站開(kāi)發(fā)企業(yè)運維招標規模28.6GW，同比增長(cháng)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(jiàn)表1。光伏代運維價(jià)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(jià)格也會(huì )有較大的差異，從表1可以看出運維價(jià)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(jià)格波動(dòng)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(hù)側儲能項目設備及運維招標公告，運維服務(wù)價(jià)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(kāi)標價(jià)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、儲能系統的代運維價(jià)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控系統來(lái)管理和運維，人力成本將會(huì )非常高，而且發(fā)電效率也難以掌控，這將會(huì )導致代運維公司無(wú)法盈利。在很長(cháng)一段時(shí)間里，新能源電站的運維管理都是很“粗糙”的，一句話(huà)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(xué)性的不足等等，都使得管理電站離不開(kāi)人力的支撐。但這一過(guò)程并非沒(méi)有變化。通過(guò)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變。從業(yè)者也就在不斷探索怎么縮減對人力的依賴(lài)，怎樣提高管理效率。

分布式光伏電站監控及集中運維管理

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，數據監測是光伏電站運維中一個(gè)非常重要的部分，可以通過(guò)運維管理系統實(shí)時(shí)獲取光伏電站的各項數據指標，并通過(guò)這些數據指標來(lái)判斷電站的運行狀況和效率。在數據監測方面，需要對光伏電站進(jìn)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(jìn)行實(shí)時(shí)監測，以了解光伏電站的實(shí)時(shí)工作狀態(tài)。其次，需要對光伏電站的溫濕度、太陽(yáng)輻照度等環(huán)境因素進(jìn)行監測，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(jìn)行檢測和分析，以便及時(shí)采取相應的維護措施。GB/T 38946-2020《分布式光伏發(fā)電系統集中運維技術(shù)規范》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)電系統集中運維技術(shù)規范》GB/T 38946

《戶(hù)用分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)接口技術(shù)規范》GB/T 33342

《分布式光伏發(fā)電系統遠程監控技術(shù)規范》GB/T 34932

《光伏發(fā)電站設計規范》GB 50797

《分布式電源并網(wǎng)運行控制規范》GB/T 33592

《分布式電源接入電網(wǎng)技術(shù)規定》Q(chēng)/GDW1480

3.2系統構成

集中運維系統可包括主站和子站以及之間的通信通道,系統結構可參照圖1。

a)主站與子站間的通信可采用無(wú)線(xiàn)(GPRS/3G/4G)?公網(wǎng)?專(zhuān)網(wǎng)(專(zhuān)線(xiàn)/VPN加密鏈路)方式,宜采取相應的信息安全防護措施;

b)主站與外部系統的通信滿(mǎn)足相應系統的接入要求;

c)視頻信息不宜與監控數據傳輸共用一個(gè)通道;

d)支持與電網(wǎng)調度系統通信,通信規約宜采用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架構

運維子站可根據分布式光伏電站裝機容量、有/無(wú)人值班等情況設置，在無(wú)人值班的情況下當地可不設置運維子站，數據直接通過(guò)數據網(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控系統為分布式光伏電站運維子系統提供了解決方案，滿(mǎn)足GB/T 38946《分布式光伏發(fā)電系統集中運維技術(shù)規范》中對運維子站的相關(guān)技術(shù)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)電系統每個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)有功功率?無(wú)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(wú)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(xiàn)電壓量等數據;

d)分布式光伏發(fā)電系統周?chē)h(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(shí)間應不少于7d?

圖2 分布式光伏監控系統數據顯示

（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(diǎn)斷路器?隔離刀閘和接地刀閘位置?保護硬接點(diǎn)狀態(tài)以及遠方/就地控制等各種開(kāi)關(guān)量信號;

b)分布式光伏發(fā)電每個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)斷路器和隔離開(kāi)關(guān)的位置信號?重合閘位置?保護動(dòng)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(dòng)作及告警信號;

f)分布式光伏發(fā)電保護?安全自動(dòng)裝置等設備狀態(tài),保護動(dòng)作及告警信號,運行人員操作順序記錄信息?

圖3 分布式光伏監控系統狀態(tài)顯示

②　數據信息處理

子站宜對所采集的實(shí)時(shí)信息進(jìn)行數字濾波?有效性檢查?工程值轉換?信號接點(diǎn)抖動(dòng)消除?刻度計算等加工?數據采集子系統可進(jìn)行數據合理性檢查?異常數據分析?事件分類(lèi)等處理,并支持常用的計算功能,支持對采集的各類(lèi)原始數據和應用數據分類(lèi)存儲和管理?

圖4 分布式光伏監控系統數據展示

3.4光伏運維主站解決方案

安科瑞AcrelEMS企業(yè)微電網(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)電系統集中運維技術(shù)規范》中對集中運維主站的相關(guān)技術(shù)要求如下：

①　集中運行監視宜具備以下功能:

a)基礎信息展示:基礎信息包括場(chǎng)站名稱(chēng)?場(chǎng)站地理位置?場(chǎng)站容量?場(chǎng)站組件面積等;

b)電站實(shí)時(shí)監視:具備主要測點(diǎn)的分時(shí)?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(chǎng)站管理及發(fā)電功率實(shí)時(shí)監控

c)電站統計分析:具備主要性能參數的分時(shí)?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PR?等效利用小時(shí)數等;

d)歷史信息查詢(xún):逆變器?匯流箱?電度表?環(huán)境監測儀?并網(wǎng)點(diǎn)?變壓器等設備監測點(diǎn)的歷史數據查詢(xún)與導出;

e)單電站數據展示:直觀(guān)展示電站全年?各月的計劃完成情況?上網(wǎng)電量?綜合效率等統計指標;

f)多場(chǎng)站數據展示: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(jìn)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(lèi)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(xiàn)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(lèi)型自動(dòng)防誤閉鎖功能,包括基于預定義規則的常規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(guò)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(dòng)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(shí)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)電系統現場(chǎng)所采集到的各設備故障類(lèi)遙信信號上報至集中運維系統進(jìn)行展示;

b)能夠記錄故障告警的發(fā)生時(shí)間?設備位置?近期操作記錄?故障狀態(tài)等信息;

c)能夠對在集中運維系統中展示出來(lái)的故障類(lèi)遙信信號的信息進(jìn)行基本操作,如刪除?信息修改?查詢(xún);

d)能夠對故障信息排查解決完畢后對故障造成的損失進(jìn)行評估;

e)能夠對由故障告警及處置過(guò)程形成的故障案例進(jìn)行分類(lèi)管理,具備快速訪(fǎng)問(wèn)和查詢(xún)的功能?

圖8 告警分級和異常分析

④　集中運營(yíng)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(guò)程中的主要事件進(jìn)行記錄;

b)巡點(diǎn)檢管理:制定巡點(diǎn)檢的操作方案,包含巡點(diǎn)檢設備?巡點(diǎn)檢路線(xiàn)?巡點(diǎn)檢任務(wù)以及異常數據反饋等功能,異常數據可以自動(dòng)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:具備對系統相關(guān)資料進(jìn)行分類(lèi)管理的功能,并支持快速訪(fǎng)問(wèn)和查閱? 

       圖9 巡檢管理及用戶(hù)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:系統宜支持按照GB/T50549要求進(jìn)行編碼設定的功能;

b)物資臺賬管理:系統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(jìn)行分類(lèi)錄入?刪除?修改和查詢(xún)的功能;

c)工器具管理:集中運維系統宜具備對場(chǎng)站配備的工器具的種類(lèi)和數量統計功能,同時(shí)宜具備對工器具校驗周期提醒的功能;

d)備品備件管理:集中運維系統宜具備場(chǎng)站配備的備品備件的種類(lèi)和數量統計功能,同時(shí)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管理

⑥　安全管理宜具備以下功能:

a)安全組織管理:實(shí)現集團公司?電站區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(guān)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(shí)現安全檢查計劃?任務(wù)?結果的管理功能;

d)安全事故管理:實(shí)現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(shí)現各種故障檢修維修工作的單據登記?檢修

維修過(guò)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(shí)現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(shí)現各種設備?各來(lái)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(shí)現各種設備?各來(lái)源的隱患信息登記?隱患治理及治理的記過(guò)信息登記功能;

e)預防性維護管理:實(shí)現預防性維護計劃,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信息內容管理功能?

圖11 工單管理和缺陷記錄

⑧　系統管理宜具備以下功能:

a)權限設置:登錄權限?場(chǎng)站權限?功能權限?數據權限;

b)在線(xiàn)用戶(hù)管理:用戶(hù)登錄?操作記錄;

c)時(shí)間同步:宜采用簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò )時(shí)間協(xié)議(SNTP)對時(shí)方式,并以此同步各子站;

d)Web功能:主站宜具備相關(guān)數據的信息發(fā)布?瀏覽和下載等Web功能?

圖12 用戶(hù)權限配置及用戶(hù)狀態(tài)監測

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(jìn)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?xún)r(jià)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(wǎng)的主要電氣設備，其運行狀態(tài)的好壞，直接影響整個(gè)光伏發(fā)電系統的可靠性。因此需要對箱變進(jìn)行電氣參數、環(huán)境參數、繞組溫度等進(jìn)行監測和預警。

提供過(guò)電流保護、溫度保護、過(guò)/欠電壓保護、零序過(guò)流保護等功能；

實(shí)時(shí)監測變壓器高、低壓側的電壓、電流、有功及無(wú)功等參數；

實(shí)時(shí)監測低壓室柜門(mén)開(kāi)關(guān)狀態(tài)及箱變內溫濕度、浸水、煙霧；

實(shí)時(shí)監測變壓器運行繞組溫度；

實(shí)時(shí)監測柜內母排、線(xiàn)纜接頭處溫度；

互聯(lián)互通，支持 有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)通訊，可將數據傳輸至后臺。

圖14 箱變測控系統圖

通過(guò)AcrelEMS可實(shí)時(shí)監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(guò)正常閾值或發(fā)生異常變位時(shí)可及時(shí)發(fā)出告警信號。

圖15 變壓器及箱變環(huán)境監測

3.1光伏運維相關(guān)二次設備選型

安科瑞提供光伏運維子站、運維主站監測軟件、數據網(wǎng)關(guān)和保護測控單元、交直流監測多功能儀表及相關(guān)傳感器，具備電能質(zhì)量監測和治理裝置，保障光伏電站有效運行。

表2 光伏電站監控運維管理系統選型方案

結束語(yǔ)

在雙碳目標以及電網(wǎng)運行安全要求驅動(dòng)下，光伏發(fā)電以及配套儲能系統未來(lái)將會(huì )得到越來(lái)越多的政策支持，可以想象未來(lái)也會(huì )有越來(lái)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，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，建立光伏和儲能監測運維管理系統對光伏電站和儲能系統進(jìn)行監視、預警、控制和運維管理，保障安全生產(chǎn)。

未來(lái)新型電力系統中，企業(yè)光儲充微電網(wǎng)內部以及企業(yè)微電網(wǎng)和大電網(wǎng)的互動(dòng)也會(huì )越來(lái)越頻繁，這需要一套統一平臺來(lái)對企業(yè)的“源-網(wǎng)-荷-儲-充”及運維進(jìn)行統一監測和管理，這樣才能保障企業(yè)微電網(wǎng)有效運行，從而促進(jìn)新型電力系統邁向穩定、可靠、低碳的良性循環(huán)。