安科瑞 马香霞

前言

今年以来，在政策利好推动下光伏、风力发电、电化学储能及抽水蓄能等新能源行业发展迅速，装机容量均大幅度增长，新能源发电已经成为新型电力系统重要的组成部分，同时这也导致新型电力系统比传统的电力系统更为复杂，未来预计可再生能源装机规模仍将快速增长，逐步完成能源体系的深度转型，*终实现“碳中和”目标。随之而来的是光伏电站、储能以及配套的电气设施怎么通过系统来实现高效的运维管理，使之安全、可靠、高效运行。

关键字：光伏监控；光伏运维；储能监控；储能运维；箱变监测

1.2023年光伏、储能发展趋势

据国家能源局新能源和可再生能源司数据显示，2023年一季度全国光伏新增并网33.66GW，同比增长154.8%，其中集中式光伏发电15.53GW，分布式光伏发电18.13GW。截至一季度末，全国光伏发电装机容量达到425GW，其中集中式光伏249GW，分布式光伏176GW。太阳能发电投资完成522亿元，同比增长177.6%。一季度全国风电新增并网容量10.40GW，其中陆上风电9.89GW，海上风电0.51GW。截至一季度末，全国风电累计装机达到376GW，同比增长11.8%，其中陆上风电345GW，海上风电30.89GW。风电投资完成约249亿元，同比增长15%。

2023年1-4月电化学储能投运项目共73个，装机规模为2.523GW/5.037GWh，装机功率较去年同期（374.4MW）同比增长577.1%。其中磷酸铁锂储能项目高达69个，装机规模为2.52GW/5.019GWh；液流电池储能项目共4个，装机规模为3.1MW/ 18.1MWh。

光伏电站和电化学储能电站装机容量在今年上半年均大幅增长，预计受政策激励影响，接下来光储系统还会保持较大增长，以满足双碳计划的要求。

2.光伏、储能运维市场分析

在光伏、储能行业飞速发展的同时，已建的光伏、风力发电站和储能系统的监控、运维管理项目的招标也非常多，2023年上半年，光伏电站开发企业运维招标规模28.6GW，同比增长204.3%，上述28.6GW招标项目中，目前公布中标结果的共计14.9GW，中标情况见表1。光伏代运维价格因光伏电站的地理分布、容量、环境以及考核条件的不同，价格也会有较大的差异，从表1可以看出运维价格*低至1.93元/年*kW。

表1 光伏电站代运维招标及中标情况

同样储能电站的代运维价格波动也比较大，比如广东电网能源投资有限公司发布2023年200MWh用户侧储能项目设备及运维招标公告，运维服务价格为6元/年*kWh；克拉玛依市600MW光伏配套120MW/240MWh储能运维总承包开标价格为499元/年*kWh，运维包含光伏设备、储能设备以及配套的箱变等电气设备的运维。

光伏、储能系统的代运维价格不高，而且考核压力大，运维工作繁琐，管理不当还存在安全风险，如果不采用合适的监控系统来管理和运维，人力成本将会非常高，而且发电效率也难以掌控，这将会导致代运维公司无法盈利。在很长一段时间里，新能源电站的运维管理都是很“粗糙”的，一句话就是——堆人。早期发电设备的不完备、急于上马引起的施工漏洞又多，选址科学性的不足等等，都使得管理电站离不开人力的支撑。但这一过程并非没有变化。通过各种技术手段升级，新能源电站运维逐渐从粗放式管理向精益管理转变。从业者也就在不断探索怎么缩减对人力的依赖，怎样提高管理效率。

3.分布式光伏电站监控及集中运维管理

光伏电站的运维对光伏电站的发电量至关重要，包括光伏组件、逆变器以及相关的电气回路、升压变压器及并网柜等，数据监测是光伏电站运维中一个非常重要的部分，可以通过运维管理系统实时获取光伏电站的各项数据指标，并通过这些数据指标来判断电站的运行状况和效率。在数据监测方面，需要对光伏电站进行以下几项检测：首先，需要对电站的电压、电流、功率等参数进行实时监测，以了解光伏电站的实时工作状态。其次，需要对光伏电站的温湿度、太阳辐照度等环境因素进行监测，以了解电站的运行环境情况。*后，需要对光伏电站的累计发电量、组件和逆变器的运行情况等进行检测和分析，以便及时采取相应的维护措施。GB/T 38946-2020《分布式光伏发电系统集中运维技术规范》对分布式光伏电站运维以及集中运维主站、运维子站功能均作出明确要求。

4.相关标准

《分布式光伏发电系统集中运维技术规范》GB/T 38946

《户用分布式光伏发电并网接口技术规范》GB/T 33342

《分布式光伏发电系统远程监控技术规范》GB/T 34932

《光伏发电站设计规范》GB 50797

《分布式电源并网运行控制规范》GB/T 33592

《分布式电源接入电网技术规定》Q/GDW1480

5.系统构成

集中运维系统可包括主站和子站以及之间的通信通道,系统结构可参照图1。

a)主站与子站间的通信可采用无线(GPRS/3G/4G)､公网､专网(专线/VPN加密链路)方式,宜采取相应的信息安全防护措施;

b)主站与外部系统的通信满足相应系统的接入要求;

c)视频信息不宜与监控数据传输共用一个通道;

d)支持与电网调度系统通信,通信规约宜采用DL/T634.5101､DL/T634.5104;支持与各子站通信。

图1 运维主站与子站系统架构

运维子站可根据分布式光伏电站装机容量、有/无人值班等情况设置，在无人值班的情况下当地可不设置运维子站，数据直接通过数据网关上传运维主站。

6.光伏运维子站解决方案

安科瑞Acrel1000-DP分布式光伏电站电力监控系统为分布式光伏电站运维子系统提供了解决方案，满足GB/T 38946《分布式光伏发电系统集中运维技术规范》中对运维子站的相关技术要求。

1. 数据信号采集

（1）运维子站采集的模拟量数据包括下列内容:

a)分布式光伏发电系统每个并网点有功功率､无功功率､电压､电流､频率､电能量等数据;

b)分布式光伏逆变器有功功率､无功功率､电压､电流､功率､温度等数据;

c)汇流箱各路电流､汇总输出电流､母线电压量等数据;

d)分布式光伏发电系统周围环境包括环境温度､辐照度､电池板温度等数据;

e)子站应建立数据存储,存储时间应不少于7d｡

7.光伏运维主站解决方案

安科瑞AcrelEMS企业微电网能效管理平台适用于分布式光伏电站的运维管理。GB/T 38946《分布式光伏发电系统集中运维技术规范》中对集中运维主站的相关技术要求如下：

1. 集中运行监视宜具备以下功能:

a)基础信息展示:基础信息包括场站名称､场站地理位置､场站容量､场站组件面积等;

b)电站实时监视:具备主要测点的分时､分日､分月以及分年的数值展示图表;

图5 分布式光伏电站场站管理及发电功率实时监控

c)电站统计分析:具备主要性能参数的分时､分日､分月以及分年的数值展示图表,主要性能指标包括系统PR､等效利用小时数等;

d)历史信息查询:逆变器､汇流箱､电度表､环境监测仪､并网点､变压器等设备监测点的历史数据查询与导出;

e)单电站数据展示:直观展示电站全年､各月的计划完成情况､上网电量､综合效率等统计指标;

f)多场站数据展示:对集团级的多电站计划完成率､上网电量､综合效率和资源分布等关键指标进行多角度､多维度的分析;

g)报表管理:根据需求选择历史数据,生成不同格式和类型的报表;报表应支持文件导出和打印等功能｡

图6 日月年发电数据报表及逆变器发电曲线分析

1. 操作与控制宜具备以下功能:

a)支持对电站设备的操作与控制,包括遥控､遥调､人工置数､标识牌操作､闭锁和解锁等操作;

b)防误闭锁:支持多种类型自动防误闭锁功能,包括基于预定义规则的常规防误闭锁和基于拓扑分析的防误闭锁功能;操作指令宜经过防误验证,并有出错告警功能;

c)顺序控制:能够按照预先设定的顺序和流程控制电站设备动作;

d)支持操作与控制可视化;

e)操作与控制宜有记录,包括操作人,操作对象､操作内容､操作时间､操作结果等,可供调阅和打印｡

1. 箱变测控管理

箱式变电站由于其占地面积小，xingjiabigao，在分布式光伏电站中大量应用。箱变是光伏电站升压并网的主要电气设备，其运行状态的好坏，直接影响整个光伏发电系统的可靠性。因此需要对箱变进行电气参数、环境参数、绕组温度等进行全面的监测和预警。

图14 箱变测控系统图

通过AcrelEMS可实时监控箱变变压器和高低压柜电气参数、温度、箱变内湿度等数据，在数据超过正常阈值或发生异常变位时可及时发出告警信号。

图15 变压器及箱变环境监测

8.光伏运维相关二次设备选型

安科瑞提供光伏运维子站、运维主站监测软件、数据网关和保护测控单元、交直流监测多功能仪表及相关传感器，具备电能质量监测和治理装置，保障光伏电站高效运行。

9.电化学储能系统监控及集中运维管理

近年来在新型电力系统安全稳定需求下，电化学储能电站快速发展，但是储能电站安全运维管理尤为重要，电池热失控引发的事故也时有发生。储能电站的运维不仅仅是基本的巡检，值守，保养，更要不断积累运行的数据，并对当前电池的容量，健康指标都进行实时跟踪，进而不断调整控制策略等等。因此运维人员需具备较高的专业水平和丰富的实操经验，配合储能运维管理系统和健全的安全管理规程，才能高水平地运维，提升电站的盈利。

储能电站的运维管理主要包括电池及电池管理系统(BMS)、储能变流器(PCS)、能量管理系统(EMS)配套的电气系统(升压变压器、并网开关柜)、消防系统、空调系统、站用电系统的监测和运维。

10.相关标准

《电化学储能电站安全规程》GB/T 42288

《电化学储能系统接入电网技术规定》GB/T 36547

《电化学储能电站设计规范》GB 51048

《电化学储能电站设计标准（征求意见稿）》

《电化学储能系统储能变流器技术规范》GB/T 34120

《电力储能用锂离子电池》GB/T 36276

《电化学储能电站监控系统技术规范》NB/T 42090

《电化学储能电站用锂离子电池技术规范》NB/T 42091

《爆炸危险环境电力装置设计规范》GB 50058

《储能电站用锂离子电池管理系统技术规范》GB/T 34131

《电力系统电化学储能系统通用技术条件》 GB/T 36558

11.系统构成

根据NB/T 42091《电化学储能电站监控系统技术规范》，储能监控系统宜采用星型网络，功率小于1MW且容量小于1MWh的电化学储能监控系统宜采用单网配置，如图16。

图16 电化学储能系统单网监控系统网络结构图

功率为1MW及以上且容量为1MWh及以上的电化学储能监控系统宜采用双网配冗余置，如图17。

图17 电化学储能系统双网监控系统网络结构图

监测设备包括BMS、PCS、保护测控设备、其他设备(电能计量、绝缘监测、消防、空调、站用直流屏等)。

平台可根据企业光伏发电数据、储能控制策略以及负荷波动情况为企业提供微电网运行数据，制定用电优化方案，在提高企业微电网运行安全的前提下帮助企业降低用电成本，促进清洁能源消纳。

图21 AcrelEMS企业微电网能效管理平台