江蘇安科瑞電器制造有限公司 顧城

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(chǔ)能及抽水蓄能等新能源行業(yè)發(fā)展迅速，裝機(jī)容量均大幅度增長(zhǎng)，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(shí)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(lái)預(yù)計(jì)可再生能源裝機(jī)規(guī)模仍將快速增長(zhǎng)，逐步完成能源體系的深度轉(zhuǎn)型，從而實(shí)現(xiàn)“碳中和"目標(biāo)。隨之而來(lái)的是光伏電站、儲(chǔ)能以及配套的電氣設(shè)施怎么通過(guò)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)有效的運(yùn)維管理，使之安全、可靠運(yùn)行。

關(guān)鍵字：光伏監(jiān)控；光伏運(yùn)維；儲(chǔ)能監(jiān)控；儲(chǔ)能運(yùn)維；箱變監(jiān)測(cè)

1. 2023年光伏、儲(chǔ)能發(fā)展趨勢(shì)

據(jù)國(guó)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(guó)光伏新增并網(wǎng)33.66GW，同比增長(zhǎng)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(guó)光伏發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到425GW，其中集中式光伏249GW，分布式光伏176GW。太陽(yáng)能發(fā)電投資完成522億元，同比增長(zhǎng)177.6%。一季度全國(guó)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(guó)風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)達(dá)到376GW，同比增長(zhǎng)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(zhǎng)15%。

2023年1-4月電化學(xué)儲(chǔ)能投運(yùn)項(xiàng)目共73個(gè)，裝機(jī)規(guī)模為2.523GW/5.037GWh，裝機(jī)功率較去年同期（374.4MW）同比增長(zhǎng)577.1%。其中磷酸鐵鋰儲(chǔ)能項(xiàng)目高達(dá)69個(gè)，裝機(jī)規(guī)模為2.52GW/5.019GWh；液流電池儲(chǔ)能項(xiàng)目共4個(gè)，裝機(jī)規(guī)模為3.1MW/ 18.1MWh。

光伏電站和電化學(xué)儲(chǔ)能電站裝機(jī)容量在今年上半年均大幅增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)受政策激勵(lì)影響，接下來(lái)光儲(chǔ)系統(tǒng)還會(huì)保持較大增長(zhǎng)，以滿(mǎn)足雙碳計(jì)劃的要求。

2. 光伏、儲(chǔ)能運(yùn)維市場(chǎng)分析

在光伏、儲(chǔ)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(chǔ)能系統(tǒng)的監(jiān)控、運(yùn)維管理項(xiàng)目的招標(biāo)也非常多，2023年上半年，光伏電站開(kāi)發(fā)企業(yè)運(yùn)維招標(biāo)規(guī)模28.6GW，同比增長(zhǎng)204.3%，上述28.6GW招標(biāo)項(xiàng)目中，目前公布中標(biāo)結(jié)果的共計(jì)14.9GW，中標(biāo)情況見(jiàn)表1。光伏代運(yùn)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(yùn)維價(jià)格低至1.93元/年*kW。

同樣儲(chǔ)能電站的代運(yùn)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(cè)儲(chǔ)能項(xiàng)目設(shè)備及運(yùn)維招標(biāo)公告，運(yùn)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(chǔ)能運(yùn)維總承包開(kāi)標(biāo)價(jià)格為499元/年*kWh，運(yùn)維包含光伏設(shè)備、儲(chǔ)能設(shè)備以及配套的箱變等電氣設(shè)備的運(yùn)維。

光伏、儲(chǔ)能系統(tǒng)的代運(yùn)維價(jià)格不高，而且考核壓力大，運(yùn)維工作繁瑣，管理不當(dāng)還存在安全風(fēng)險(xiǎn)，如果不采用合適的監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)管理和運(yùn)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(dǎo)致代運(yùn)維公司無(wú)法盈利。在很長(zhǎng)一段時(shí)間里，新能源電站的運(yùn)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(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(jí)，新能源電站運(yùn)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(duì)人力的依賴(lài)，怎樣提高管理效率。

3. 分布式光伏電站監(jiān)控及集中運(yùn)維管理

光伏電站的運(yùn)維對(duì)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(cè)是光伏電站運(yùn)維中一個(gè)非常重要的部分，可以通過(guò)運(yùn)維管理系統(tǒng)實(shí)時(shí)獲取光伏電站的各項(xiàng)數(shù)據(jù)指標(biāo)，并通過(guò)這些數(shù)據(jù)指標(biāo)來(lái)判斷電站的運(yùn)行狀況和效率。在數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)方面，需要對(duì)光伏電站進(jìn)行以下幾項(xiàng)檢測(cè)：首先，需要對(duì)電站的電壓、電流、功率等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以了解光伏電站的實(shí)時(shí)工作狀態(tài)。其次，需要對(duì)光伏電站的溫濕度、太陽(yáng)輻照度等環(huán)境因素進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以了解電站的運(yùn)行環(huán)境情況。之后，需要對(duì)光伏電站的累計(jì)發(fā)電量、組件和逆變器的運(yùn)行情況等進(jìn)行檢測(cè)和分析，以便及時(shí)采取相應(yīng)的維護(hù)措施。GB/T 38946-2020《分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)集中運(yùn)維技術(shù)規(guī)范》對(duì)分布式光伏電站運(yùn)維以及集中運(yùn)維主站、運(yùn)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(yùn)維技術(shù)規(guī)范》GB/T 38946

《戶(hù)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(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)規(guī)范》GB/T 34932

《光伏發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50797

《分布式電源并網(wǎng)運(yùn)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(chēng)/GDW1480

3.2 系統(tǒng)構(gòu)成

集中運(yùn)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?qǐng)D1。

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

b)主站與外部系統(tǒng)的通信滿(mǎn)足相應(yīng)系統(tǒng)的接入要求;

c)視頻信息不宜與監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸共用一個(gè)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(yùn)維主站與子站系統(tǒng)架構(gòu)

運(yùn)維子站可根據(jù)分布式光伏電站裝機(jī)容量、有/無(wú)人值班等情況設(shè)置，在無(wú)人值班的情況下當(dāng)?shù)乜刹辉O(shè)置運(yùn)維子站，數(shù)據(jù)直接通過(guò)數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)上傳運(yùn)維主站。

3.3 光伏運(yùn)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(yùn)維子系統(tǒng)提供了解決方案，滿(mǎn)足GB/T 38946《分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)集中運(yùn)維技術(shù)規(guī)范》中對(duì)運(yùn)維子站的相關(guān)技術(shù)要求。

①?數(shù)據(jù)信號(hào)采集

（1）運(yùn)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(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(shù)據(jù);

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(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?chē)h(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(chǔ),存儲(chǔ)時(shí)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(yùn)維子站采集的狀態(tài)信號(hào)包括下列內(nèi)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(hù)硬接點(diǎn)狀態(tài)以及遠(yuǎn)方/就地控制等各種開(kāi)關(guān)量信號(hào);

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(hào)?重合閘位置?保護(hù)動(dòng)作及告警信號(hào);

c)光伏逆變器運(yùn)行狀態(tài)及告警信號(hào);

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(hù)動(dòng)作及告警信號(hào);

f)分布式光伏發(fā)電保護(hù)?安全自動(dòng)裝置等設(shè)備狀態(tài),保護(hù)動(dòng)作及告警信號(hào),運(yùn)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(duì)所采集的實(shí)時(shí)信息進(jìn)行數(shù)字濾波?有效性檢查?工程值轉(zhuǎn)換?信號(hào)接點(diǎn)抖動(dòng)消除?刻度計(jì)算等加工?數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)可進(jìn)行數(shù)據(jù)合理性檢查?異常數(shù)據(jù)分析?事件分類(lèi)等處理,并支持常用的計(jì)算功能,支持對(duì)采集的各類(lèi)原始數(shù)據(jù)和應(yīng)用數(shù)據(jù)分類(lèi)存儲(chǔ)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(yùn)維主站解決方案

安科瑞AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)能效管理平臺(tái)適用于分布式光伏電站的運(yùn)維管理。GB/T 38946《分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)集中運(yùn)維技術(shù)規(guī)范》中對(duì)集中運(yùn)維主站的相關(guān)技術(shù)要求如下：

①?集中運(yùn)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(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(jiān)視:具備主要測(cè)點(diǎn)的分時(shí)?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(chǎng)站管理及發(fā)電功率實(shí)時(shí)監(jiān)控

c)電站統(tǒng)計(jì)分析:具備主要性能參數(shù)的分時(shí)?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(shí)數(shù)等;

d)歷史信息查詢(xún):逆變器?匯流箱?電度表?環(huán)境監(jiān)測(cè)儀?并網(wǎng)點(diǎn)?變壓器等設(shè)備監(jiān)測(cè)點(diǎn)的歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)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(jì)劃完成情況?上網(wǎng)電量?綜合效率等統(tǒng)計(jì)指標(biāo);

f)多場(chǎng)站數(shù)據(jù)展示:對(duì)集團(tuán)級(jí)的多電站計(jì)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(jìn)行多角度?多維度的分析;

g)報(bào)表管理:根據(jù)需求選擇歷史數(shù)據(jù),生成不同格式和類(lèi)型的報(bào)表;報(bào)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(bào)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(duì)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(shí)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(yù)定義規(guī)則的常規(guī)防誤閉鎖和基于拓?fù)浞治龅姆勒`閉鎖功能;操作指令宜經(jīng)過(guò)防誤驗(yàn)證,并有出錯(cuò)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(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(duì)象?操作內(nèi)容?操作時(shí)間?操作結(jié)果等,可供調(diào)閱和打印?

圖7 遙控操作驗(yàn)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(chǎng)所采集到的各設(shè)備故障類(lèi)遙信信號(hào)上報(bào)至集中運(yùn)維系統(tǒng)進(jìn)行展示;

b)能夠記錄故障告警的發(fā)生時(shí)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\(yùn)維系統(tǒng)中展示出來(lái)的故障類(lèi)遙信信號(hào)的信息進(jìn)行基本操作,如刪除?信息修改?查詢(xún);

d)能夠?qū)收闲畔⑴挪榻鉀Q完畢后對(duì)故障造成的損失進(jìn)行評(píng)估;

e)能夠?qū)τ晒收细婢疤幹眠^(guò)程形成的故障案例進(jìn)行分類(lèi)管理,具備快速訪問(wèn)和查詢(xún)的功能?

圖8 告警分級(jí)和異常分析

④?集中運(yùn)營(yíng)管理宜具備以下功能:

a)運(yùn)行值班管理對(duì)將電站生產(chǎn)運(yùn)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(shè)備?巡點(diǎn)檢路線?巡點(diǎn)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(dòng)觸發(fā)故障單;

c)報(bào)告報(bào)表功能:能夠按照既定要求形成相應(yīng)的報(bào)告和報(bào)表功能,并支持文件導(dǎo)出要求;

d)資料管理功能:具備對(duì)系統(tǒng)相關(guān)資料進(jìn)行分類(lèi)管理的功能,并支持快速訪問(wèn)和查閱?

圖9 巡檢管理及用戶(hù)報(bào)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(jìn)行編碼設(shè)定的功能;

b)物資臺(tái)賬管理:系統(tǒng)宜支持對(duì)設(shè)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(yùn)維系統(tǒng)宜具備對(duì)場(chǎng)站配備的工器具的種類(lèi)和數(shù)量統(tǒng)計(jì)功能,同時(shí)宜具備對(duì)工器具校驗(yàn)周期提醒的功能;

d)備品備件管理:集中運(yùn)維系統(tǒng)宜具備場(chǎng)站配備的備品備件的種類(lèi)和數(shù)量統(tǒng)計(jì)功能,同時(shí)宜具備對(duì)備品備件安全庫(kù)存的定義和缺庫(kù)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(shí)現(xiàn)集團(tuán)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(shí)現(xiàn)安全檢查計(jì)劃?任務(wù)?結(jié)果的管理功能;

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

維修過(guò)程的資料?檢修維修結(jié)果的信息管理功能;

b)檢修計(jì)劃管理:實(shí)現(xiàn)檢修計(jì)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(jì)劃等;

c)缺陷管理:實(shí)現(xiàn)各種設(shè)備?各來(lái)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(shí)現(xiàn)各種設(shè)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(yù)防性維護(hù)管理:實(shí)現(xiàn)預(yù)防性維護(hù)計(jì)劃,維護(hù)工作的內(nèi)容登記維護(hù)管理;包括預(yù)防性維護(hù)計(jì)劃?定期預(yù)防性維護(hù)檢驗(yàn)等維護(hù)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(chǎng)站權(quán)限?功能權(quán)限?數(shù)據(jù)權(quán)限;

b)在線用戶(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(duì)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(shù)據(jù)的信息發(fā)布?瀏覽和下載等Web功能?

圖12 用戶(hù)權(quán)限配置及用戶(hù)狀態(tài)監(jiān)測(cè)

⑨?光伏發(fā)電功率預(yù)測(cè)

運(yùn)維主站可根據(jù)當(dāng)日光照和溫濕度數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)光伏電站發(fā)電功率數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)照，用于驗(yàn)證光伏電站發(fā)電效率。

圖13 光伏運(yùn)維主站、子站發(fā)電功率預(yù)測(cè)功能

3.5 箱變測(cè)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(yīng)用。箱變是光伏電站升壓并網(wǎng)的主要電氣設(shè)備，其運(yùn)行狀態(tài)的好壞，直接影響整個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)的可靠性。因此需要對(duì)箱變進(jìn)行電氣參數(shù)、環(huán)境參數(shù)、繞組溫度等進(jìn)行監(jiān)測(cè)和預(yù)警。

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

l 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變壓器高、低壓側(cè)的電壓、電流、有功及無(wú)功等參數(shù)；

l 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)低壓室柜門(mén)開(kāi)關(guān)狀態(tài)及箱變內(nèi)溫濕度、浸水、煙霧；

l 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變壓器運(yùn)行繞組溫度；

l 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)柜內(nèi)母排、線纜接頭處溫度；

l 互聯(lián)互通，支持 有線或無(wú)線通訊，可將數(shù)據(jù)傳輸至后臺(tái)。

圖14 箱變測(cè)控系統(tǒng)圖

通過(guò)AcrelEMS可實(shí)時(shí)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(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(hào)。

圖15 變壓器及箱變環(huán)境監(jiān)測(cè)

3.6 光伏運(yùn)維相關(guān)二次設(shè)備選型

安科瑞提供光伏運(yùn)維子站、運(yùn)維主站監(jiān)測(cè)軟件、數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)和保護(hù)測(cè)控單元、交直流監(jiān)測(cè)多功能儀表及相關(guān)傳感器，具備電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)和治理裝置，保障光伏電站有效運(yùn)行。

表1 光伏電站監(jiān)控運(yùn)維管理系統(tǒng)選型方案

4. 電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)監(jiān)控及集中運(yùn)維管理

近年來(lái)在新型電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定需求下，電化學(xué)儲(chǔ)能電站快速發(fā)展，但是儲(chǔ)能電站安全運(yùn)維管理尤為重要，電池?zé)崾Э匾l(fā)的事故也時(shí)有發(fā)生。儲(chǔ)能電站的運(yùn)維不僅僅是基本的巡檢，值守，保養(yǎng)，更要不斷積累運(yùn)行的數(shù)據(jù)，并對(duì)當(dāng)前電池的容量，健康指標(biāo)都進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，進(jìn)而不斷調(diào)整控制策略等等。因此運(yùn)維人員需具備較高的專(zhuān)業(yè)水平和豐富的實(shí)操經(jīng)驗(yàn)，配合儲(chǔ)能運(yùn)維管理系統(tǒng)和健全的安全管理規(guī)程，才能高水平地運(yùn)維，提升電站的盈利。

儲(chǔ)能電站的運(yùn)維管理主要包括電池及電池管理系統(tǒng)(BMS)、儲(chǔ)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(kāi)關(guān)柜)、消防系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、站用電系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)和運(yùn)維。

4.1 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

《電化學(xué)儲(chǔ)能電站安全規(guī)程》GB/T 42288

《電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》GB/T 36547

《電化學(xué)儲(chǔ)能電站設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 51048

《電化學(xué)儲(chǔ)能電站設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（征求意見(jiàn)稿）》

《電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)儲(chǔ)能變流器技術(shù)規(guī)范》GB/T 34120

《電力儲(chǔ)能用鋰離子電池》GB/T 36276

《電化學(xué)儲(chǔ)能電站監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》NB/T 42090

《電化學(xué)儲(chǔ)能電站用鋰離子電池技術(shù)規(guī)范》NB/T 42091

《爆炸危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50058

《儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)能電站監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》，儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)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(cè)設(shè)備包括BMS、PCS、保護(hù)測(cè)控設(shè)備、其他設(shè)備(電能計(jì)量、絕緣監(jiān)測(cè)、消防、空調(diào)、站用直流屏等)。

4.3 電化學(xué)儲(chǔ)能電站監(jiān)控運(yùn)維管理系統(tǒng)

Acrel-2000MG儲(chǔ)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(tái)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(jī)）、網(wǎng)（企業(yè)內(nèi)部配電網(wǎng)）、荷（固定負(fù)荷和可調(diào)負(fù)荷）、儲(chǔ)能系統(tǒng)、新能源汽車(chē)充電負(fù)荷進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和優(yōu)化控制，保護(hù)微電網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行安全，實(shí)現(xiàn)不同目標(biāo)下源網(wǎng)荷儲(chǔ)資源之間的靈活互動(dòng)，增加多策略控制下系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)促進(jìn)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(yùn)行安全，降低運(yùn)行成本。Acrel-2000MG儲(chǔ)能系統(tǒng)能量管理系統(tǒng)適合部署在本地，作為實(shí)時(shí)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(tái)適用于企業(yè)源網(wǎng)荷儲(chǔ)充運(yùn)維的一體化管理平臺(tái)，并提供移動(dòng)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(guò)測(cè)控單元及功率變換系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)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(hào)：

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(hù)動(dòng)作信號(hào)；

圖18 Acrel-2000MG和AcrelEMS電池?cái)?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(kāi)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(yùn)行模式（并網(wǎng)、離網(wǎng)）、運(yùn)行狀態(tài)

（充電、放電、待機(jī)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(wú)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(yùn)行信息：功率變換系統(tǒng)保護(hù)動(dòng)作信號(hào)、事故告警信號(hào)等。

圖19 Acrel-2000MG和AcrelEMS 功率變換系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集

②?監(jiān)視和報(bào)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(guò)顯示器對(duì)主要電氣設(shè)備運(yùn)行參數(shù)和設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視；

b）應(yīng)能監(jiān)視并實(shí)時(shí)顯示各設(shè)備的通信狀態(tài)和通信報(bào)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(cè)量和告警量須有專(zhuān)門(mén)的界面顯示和告警

圖20 Acrel-2000MG和AcrelEMS 監(jiān)視和報(bào)警分級(jí)

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(yùn)行/檢修狀態(tài)切換、并網(wǎng)充/放電、離網(wǎng)放電、保護(hù)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(yùn)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(jì)劃出力。

圖21 Acrel-2000MG和AcrelEMS 儲(chǔ)能系統(tǒng)監(jiān)控

④?電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)

監(jiān)測(cè)儲(chǔ)能系統(tǒng)交流回路的電壓波動(dòng)與閃變、三相電壓不平衡、電壓暫升/暫降、短時(shí)中斷、諧波畸變等工況，實(shí)時(shí)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(lái)源。

圖22 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(tái)除了對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)提供監(jiān)控報(bào)警之外，還適用于企業(yè)內(nèi)部的源網(wǎng)荷儲(chǔ)充運(yùn)維的一體化管理平臺(tái)，為企業(yè)微電網(wǎng)能效管理提供監(jiān)測(cè)、優(yōu)化控制、設(shè)備管理、運(yùn)維管理、分析報(bào)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(tái)可根據(jù)企業(yè)光伏發(fā)電數(shù)據(jù)、儲(chǔ)能控制策略以及負(fù)荷波動(dòng)情況為企業(yè)提供微電網(wǎng)運(yùn)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(yùn)行安全的前提下幫助企業(yè)降低用電成本，促進(jìn)清潔能源消納。

圖23 AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)能效管理平臺(tái)

4.4 電化學(xué)儲(chǔ)能電站監(jiān)控運(yùn)維管理系統(tǒng)二次設(shè)備選型

安科瑞提供電化學(xué)儲(chǔ)能電站監(jiān)控運(yùn)維管理軟件、數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)和保護(hù)測(cè)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(cè)和治理裝置，保障儲(chǔ)能電站及企業(yè)微電網(wǎng)有效運(yùn)行。

表2 儲(chǔ)能電站監(jiān)控運(yùn)維管理系統(tǒng)選型方案

5. 結(jié)束語(yǔ)

在雙碳目標(biāo)以及電網(wǎng)運(yùn)行安全要求驅(qū)動(dòng)下，光伏發(fā)電以及配套儲(chǔ)能系統(tǒng)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(yùn)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(chǔ)能電站的運(yùn)行安全不容忽視，需要嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)，建立光伏和儲(chǔ)能監(jiān)測(cè)運(yùn)維管理系統(tǒng)對(duì)光伏電站和儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視、預(yù)警、控制和運(yùn)維管理，保障安全生產(chǎn)。

未來(lái)新型電力系統(tǒng)中，企業(yè)光儲(chǔ)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(dòng)也會(huì)越來(lái)越頻繁，這需要一套綜合平臺(tái)來(lái)對(duì)企業(yè)的“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)-充"及運(yùn)維進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)測(cè)和管理，這樣才能保障企業(yè)微電網(wǎng)有效運(yùn)行，從而促進(jìn)新型電力系統(tǒng)邁向穩(wěn)定、可靠、低碳的良性循環(huán)。