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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(biāo)。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. 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(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. 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(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(biāo)也非常多，2023年上半年，光伏電站開發(fā)企業(yè)運維招標(biāo)規(guī)模28.6GW，同比增長204.3%，上述28.6GW招標(biāo)項目中，目前公布中標(biāo)結(jié)果的共計14.9GW，中標(biāo)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(biāo)及中標(biāo)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(biāo)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(biāo)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(dāng)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。
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(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(biāo)，并通過這些數(shù)據(jù)指標(biāo)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(biāo)準(zhǔn)
《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(dāng)?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(dāng)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(biāo)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(biāo);
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(biāo)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(biāo)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(dāng)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。
l 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；
l 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)；
l 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；
l 實時監(jiān)測變壓器運行繞組溫度；
l 實時監(jiān)測柜內(nèi)母排、線纜接頭處溫度；
l 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
3.6 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。
| 名稱 | 圖片 | 型號 | 功能 | 應(yīng)用 |
| 微機保護裝置 | AM6-L | 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 | |
| AM6-T | ||||
| AM5SE-IS | 防孤島保護裝置，當(dāng)外部電網(wǎng)停電后斷開和電網(wǎng)連接 | 并網(wǎng)點或產(chǎn)權(quán)分界點 | ||
| 電能質(zhì)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(zhì)量，記錄各類電能質(zhì)量事件,定位擾動源。 | 并網(wǎng)點 | |
| 弧光保護裝置 | ARB5-M | 適用于開關(guān)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(shù)； | 電能質(zhì)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(guān)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(guān)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(nèi)外安裝要求； | 集中光伏電站直流匯流箱 | |
| 采用霍爾傳感器，隔離測量，至大16路輸入；耐壓DC1kV,熔斷電流可選擇； | ||||
| 可選電壓測量功能,至高測量電壓DC 1kV；具有RS485通訊接口，ModBus-RTU通訊協(xié)議； | ||||
| 光伏匯流采集裝置 | AGF-Mxx | 一次電流采用穿孔方式接入，至大20A，穿孔方式接入，安裝方便，安全性高 | ||
| 帶3 路開關(guān)量狀態(tài)監(jiān)測，可以對匯流箱內(nèi)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(shù)據(jù)上傳至后臺系統(tǒng)，安裝于匯流箱內(nèi)。 | ||||
| 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(dǎo)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(shù)據(jù) | 采集變壓器溫度、室內(nèi)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(yù)警。 | 適用于35kV及以下電壓等級開關(guān)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(shù)據(jù)并通過RS485上傳。 | ||
| 智能網(wǎng)關(guān) | ANet-2E4SM | 邊緣計算網(wǎng)關(guān)，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(shù)據(jù)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(wǎng)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(shè)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(wǎng)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(xué)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(xué)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?zé)崾Э匾l(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(dāng)前電池的容量，健康指標(biāo)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(guān)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。
4.1 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)
《電化學(xué)儲能電站安全規(guī)程》GB/T 42288
《電化學(xué)儲能系統(tǒng)接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》GB/T 36547
《電化學(xué)儲能電站設(shè)計規(guī)范》GB 51048
《電化學(xué)儲能電站設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)（征求意見稿）》
《電化學(xué)儲能系統(tǒng)儲能變流器技術(shù)規(guī)范》GB/T 34120
《電力儲能用鋰離子電池》GB/T 36276
《電化學(xué)儲能電站監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》NB/T 42090
《電化學(xué)儲能電站用鋰離子電池技術(shù)規(guī)范》NB/T 42091
《爆炸危險環(huán)境電力裝置設(shè)計規(guī)范》GB 50058
《儲能電站用鋰離子電池管理系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》GB/T 34131
《電力系統(tǒng)電化學(xué)儲能系統(tǒng)通用技術(shù)條件》 GB/T 36558
4.2 系統(tǒng)構(gòu)成
根據(jù)NB/T 42091《電化學(xué)儲能電站監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》，儲能監(jiān)控系統(tǒng)宜采用星型網(wǎng)絡(luò)，功率小于1MW且容量小于1MWh的電化學(xué)儲能監(jiān)控系統(tǒng)宜采用單網(wǎng)配置，如圖16。
圖16 電化學(xué)儲能系統(tǒng)單網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖
功率為1MW及以上且容量為1MWh及以上的電化學(xué)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(xué)儲能系統(tǒng)雙網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖
監(jiān)測設(shè)備包括BMS、PCS、保護測控設(shè)備、其他設(shè)備(電能計量、絕緣監(jiān)測、消防、空調(diào)、站用直流屏等)。
4.3 電化學(xué)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(fēng)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(biāo)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(shè)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(wù)和異常告警。
①?數(shù)據(jù)采集和處理
監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)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(yīng)設(shè)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
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(guān)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(yīng)符合但不限于下列要求：
a）應(yīng)能通過顯示器對主要電氣設(shè)備運行參數(shù)和設(shè)備狀態(tài)進行監(jiān)視；
b）應(yīng)能監(jiān)視并實時顯示各設(shè)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(guān)重要設(shè)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(yīng)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
④?電能質(zhì)量監(jiān)測
監(jiān)測儲能系統(tǒng)交流回路的電壓波動與閃變、三相電壓不平衡、電壓暫升/暫降、短時中斷、諧波畸變等工況，實時記錄事件并故障錄波，為電能質(zhì)量分析與治理提供數(shù)據(jù)來源。
圖20 Acrel-2000MG和AcrelEMS 電能質(zhì)量分析
⑤?企業(yè)微電網(wǎng)能效管理
AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)能效管理平臺除了對儲能系統(tǒng)提供監(jiān)控報警之外，還適用于企業(yè)內(nèi)部的源網(wǎng)荷儲充運維的一體化管理平臺，為企業(yè)微電網(wǎng)能效管理提供監(jiān)測、優(yōu)化控制、設(shè)備管理、運維管理、分析報告等，并提供基于WEB和APP的數(shù)據(jù)服務(wù)和異常告警。
平臺可根據(jù)企業(yè)光伏發(fā)電數(shù)據(jù)、儲能控制策略以及負荷波動情況為企業(yè)提供微電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)，制定用電優(yōu)化方案，在提高企業(yè)微電網(wǎng)運行安全的前提下幫助企業(yè)降低用電成本，促進清潔能源消納。
圖21 AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)能效管理平臺
4.4 電化學(xué)儲能電站監(jiān)控運維管理系統(tǒng)二次設(shè)備選型
安科瑞提供電化學(xué)儲能電站監(jiān)控運維管理軟件、數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)和保護測控單元、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，保障儲能電站及企業(yè)微電網(wǎng)有效運行。
| 名稱 | 圖片 | 型號 | 功能 | 應(yīng)用 |
| 微機保護裝置 | AM6-L | 線路/變壓器等回路電流電壓保護、測量和自動控制功能。 | 線路保護 | |
| AM6-LD | 線路光纖縱差保護裝置 | 線路兩側(cè) | ||
| AM6-D3/D2 | 三/兩圈變壓器縱聯(lián)差動保護 | 變壓器 | ||
| AM6-TB | 變壓器后備保護 | |||
| AM6-FD | 非電量保護裝置 | |||
| AM5SE-IS | 防孤島保護裝置，當(dāng)外部電網(wǎng)停電后斷開和電網(wǎng)連接 | 并網(wǎng)點或產(chǎn)權(quán)分界點 | ||
| 弧光保護 | ARB5-M | 適用于開關(guān)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 | 中壓母線弧光保護 | |
| 電能質(zhì)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、諧波等電能質(zhì)量，記錄各類電能質(zhì)量事件,定位擾動源。 | 并網(wǎng)點 | |
| 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(shù)； | 電能質(zhì)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(guān)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(guān)量輸入輸出，模擬量輸入輸出。 | 主要用于電能計量和監(jiān)測 | |
| 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(yù)警。 | 適用于35kV及以下電壓等級開關(guān)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(shù)據(jù)并通過RS485上傳。 | ||
| 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)。 | 直流計量 | |
| 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 | |
| 直流絕緣監(jiān)測 | AIM-D100-ES | 監(jiān)測直流系統(tǒng)絕緣狀況 | 安裝于儲能電池直流匯流正負極 | |
| 智能網(wǎng)關(guān) | ANet-2E4SM | 邊緣計算網(wǎng)關(guān)，嵌入式linux系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)通訊方式具備Socket方式，支持XML格式壓縮上傳，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 | 電能、環(huán)境等數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)換和邏輯判斷 | |
| 運維子站 | Acrel-2000MG | 儲能監(jiān)控管理系統(tǒng) | 適用于儲能電站就地監(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(wǎng)能效管理系統(tǒng)，除了接入儲能系統(tǒng)外，還可以接入企業(yè)變電所、光伏、充電樁、設(shè)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(wǎng)集中監(jiān)控運維管理 |
表3 儲能電站監(jiān)控運維管理系統(tǒng)選型方案
5. 結(jié)束語
在雙碳目標(biāo)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(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)，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)。
