光伏、储能一体化监控及运维解决方案

前言

今年来，在政策利好助力下光伏、风力发电等新能源行业快速发展。各类新能源项目的装机容量均大幅攀升。新能源发电已融入新型电力系统成为其重要组成部分。这一发展使得新型电力系统相较于传统系统更加复杂。预计未来可再生能源装机容量将继续保持快速增长趋势。随之而来的是如何通过相应的管理系统实现光伏电站、储能设施及其配套电气设施的高效可靠运行。

关键字：光伏监控；光伏运维；储能监控；储能运维；箱变监测

2023年光伏、储能发展趋势

根据国家能源局新能源和可再生能源司的数据统计显示

根据国家能源局新能源和可再生能源司的数据统计显示

本年度第一季度（1月至4月）电化学储能项目共计73个；总装机容量达到约2,523万千瓦时（WH）/5,037兆瓦（GW）。相较于去年同期的约374.4兆瓦（MW），本年度第一季度装机功率增长了5,771%。其中磷酸铁锂电池储能项目数量达到69个；液流电池储能项目的数量仅为4个。

今年上半年太阳能发电设施和存储系统的装机容量均实现了显著的增长。预计受到政策激励的影响，在未来一段时间内光储系统将继续保持较快的增长趋势，并通过这一发展来满足双碳目标的要求。

光伏、储能运维市场分析

随着光伏与储能行业的快速发展与此同时 已建成的光伏发电站及风力发电厂 并结合储能系统进行监控与运营维护管理的项目 numerous 在今年上半年数量就非常可观 达到了 28.6GW 同比增长了 204.3% 在这些项目中 已经公布中标结果的数量达到了 14.9GW 具体情况可参考表 1

具体来说 在不同地区的地理分布、容量大小以及环境条件等因素的影响下 光伏代运维价格会有所差异 根据表 1 的数据 我们可以看出 运维价格*最低至 1.93 元/年/kW

表1 光伏电站代运维招标及中标情况

同样的是储能电站的代运维价格波动情况也较为显著。例如广东电网能源投资有限公司于2023年发布了针对200MWh用户侧储能项目的设备及运维招标公告,其运维服务单价定为每千瓦时每年6元;而克拉玛依市在开展600MW光伏配套120MW/240MWh储能项目的整体打包投标时,开标基准价定为每千瓦时每年499元,其中运维内容则涵盖了光伏组件、储能系统及相关配变电站等 electrical equipment 的全生命周期管理。

光伏储能系统的运营成本较低但存在较大的考核压力日常维护工作较为复杂若忽视系统维护可能导致安全隐患若未配备完善监控系统不仅会导致运营成本大幅增加还会严重影响发电效率最终影响企业盈利长期运行中新能源电站的管理者们面临诸多挑战即刻施工条件不完善的技术设备导致前期建设环节出现诸多问题缺乏科学化的选址方案等都制约了电站建设离不开大量的人力支持然而随着技术的进步这一现状正在发生变化通过优化现有技术和提升管理水平电站运营逐渐从粗放型向精细化管理模式转变在这场变革中工作人员也在不断探索如何减少对人力资源的依赖提高整体管理效能

分布式光伏电站监控及集中运维管理

光伏电站的运维对其发电量具有重要意义。具体而言，在这一过程中涉及的内容包括但不限于光伏组件、逆变器以及相关的电气回路、升压变压器和并网柜等设施。在数据监测方面，在光伏电站运维过程中，数据监测是一个不可或缺的重要环节。为了实现对该电站的有效管理与维护，在数据监测阶段需要执行以下几项检测：首先需要实时监测电站的电压值、电流值及功率数值等参数信息；其次需要关注环境中的温湿度状况及太阳辐照度数值等信息；最后则需要对电站累计发电量以及组件运行状态和逆变器工作情况等相关指标进行检测与分析，并根据检测结果采取相应的维护措施以保障系统的稳定运行。GB/T 38946-2020《分布式光伏发电系统集中运维技术规范》对分布式光伏电站的运维工作以及主站与子站的功能配置均作出了明确规定。

1. 

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

1. 

系统构成

集中运维系统由母机房、分机房及其间的通信线路构成, 系统结构基于图1.

主站与子站之间的通信可通过无线(GPRS/3G/4G)、公共网络以及专用网络(包含专用连接或加密 VPN 链路)等方式进行；同时建议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

运维子站需根据分布式光伏电站装机容量以及值班情况来设置，在无人值班时无需设置运维子站，并通过网络接口自动传输到运维主站的数据

1. 

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该系统的运行管理承担相应的解决方案，并符合GB/T 38946《分布式光伏发电系统集中运维技术规范》的技术要求

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:

该光伏发电系统的各个配电站单元在运行过程中会实时采集并记录这些关键参数的数据信息;

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;

分布式光伏发电系统的周边环境涵盖了涉及的因素包括：环境温度、辐照度以及电池板温度等数据

e)子站应建立数据存储,存储时间应不少于7d｡

图2 分布式光伏监控系统数据显示

（2）运维子站采集的状态信号包括下列内容:

a) 光伏并网用公共接线端子上的断路器,分立刀闸与接地刀闸的位置,保护性接线的状态以及远方与就地监控下的各种开关量信号

所有并网点断路器与隔离开关在配置时应设定其位置参数为断开状态下的操作设置值;在重合闸处应将操作位置设置为闭锁状态下的操作位置;同时保护装置的动作参数应根据系统运行状态进行调整，并确保报警信息能够及时传递至监控中心。

c)光伏逆变器运行状态及告警信号;

d)分布式光伏发电主升压变压器分接头挡位(当采用有载调压变压器);

e)光伏汇流箱保护动作及告警信号;

f)分布式光伏发电系统中的自动化安全装置及其相关设备的状态,相应的保护操作流程及告警指示,运行操作流程的具体步骤记录的数据

图3 分布式光伏监控系统状态显示

数据信息处理

子站应实施实时信息的数值过滤、效果验证、参数转换等各项处理工作。该系统具备能力完成数据合理度检验、异常情况分析以及事件归类等功能，并提供多种运算处理功能以支持对各类原始数据及应用数据的科学管理和组织化存储

图4 分布式光伏监控系统数据展示

1. 

光伏运维主站解决方案

该系统可为企业级微电网提供全面的能效管理服务支持；根据GB/T 38946的技术规范中详细规定了针对集中运维主站的技术要点规定如下：

集中运行监视宜具备以下功能:

a) 基础信息展示: 基础信息涵盖场站名称、位置信息、承载能力以及组件覆盖区域等;

b)电站实时监视:包括核心监测点的按小时、按天数、按月份以及按年份的数据可视化呈现系统;

图5 分布式光伏电站场站管理及发电功率实时监控

电站统计分析:包含关键性能参数在各个时间段（如小时、每日、每月）以及年度数据的具体数值展示图表;关键性能指标涵盖系统PR值及有效利用小时数等多个维度

d) 历史信息的数据查询与分析: 支持对逆变器、汇流箱、电度表、环境监测仪、并网点以及变压器等设备监控点的历史数据进行查询及导出操作

e) 单电站数据呈现: 通过详细分析电站年度及各月度的计划完成进度、发电量以及整体效能等统计指标进行直观反映;

f) 多场站数据展示: 介绍各相关站点的数据展示方法及分析指标体系; 包括各电站运行效率及发电量等关键参数, 研究系统运行状态及资源分配情况等重要评估标准

g) 报表管理: 基于需求筛选历史数据，并生成不同格式和类型的报表; 报表要求具备文件导出及打印等功能｡

图6 日月年发电数据报表及逆变器发电曲线分析

操作与控制宜具备以下功能:

该系统能够实现电站设备的操作管理和控制流程，并涵盖遥控、自动调节、手动设置数值、设备标识操作以及启闭等关键功能。

b) 防止错误关闭：提供多种自动化防止错误关闭的功能设计；其中包含依据预先设定规则的传统型防止错误关闭以及基于拓扑结构分析实现的智能化防错机制；所有操作指令需通过预防性检验确保其正确性，并配备错误提示机制。

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;

对于操作与控制而言，应当做好记录。具体应包含的操作人员、被操作对象、具体的操作步骤、执行时间以及最终结果等内容，并便于查阅和存档。

图7 遥控操作验证及操作记录

故障告警管理宜具备以下功能:

该系统能够通过上传至集中运维平台并展示各设备故障类别产生的遥信数据

b)能够记录故障告警的发生时间､设备位置､*近操作记录､故障状态等信息;

c) 该系统能够支持对故障类遥信信号的数据执行基础操作，并能完成移除、数据更新以及检索等基本功能。

d)能够对故障信息排查解决完毕后对故障造成的损失进行评估;

e)该系统能将由故障告警及处置流程生成的故障案例进行分类存储或管理，并支持高效的检索能力

图8 告警分级和异常分析

集中运营管理宜具备以下功能:

a)运行值班管理对将电站生产运行值班过程中的主要事件进行记录;

b) 巡点检管理: 规划巡点检操作方案, 涵盖巡点检设备、巡点检路线、巡点检任务以及异常数据反馈等功能, 异常数据将被自动触发为故障单;

c) 报告报表功能：可依据既定标准生成相应的报告及报表功能，并且同时支持文件导出的标准。

d) 资料管理功能: 该系统能够按类别整理其相关的文档、数据或其他类型的信息，并提供快速检索和查阅功能。

图9 巡检管理及用户报告

设备､工器具及备品备件管理宜具备以下功能:

a)物资编码管理:系统宜支持按照GB/T50549要求进行编码设定的功能;

b) 物资台账管理模块: 该系统应具备设备与零部件、备件以及工具器具等物资信息与资料的分类录入功能；同时支持数据删除、信息修改及资料查询操作；

c) 工器具管理: 集中式运维系统应配备能够统计各类工器具数量与种类的功能，并配备定期提醒校验周期的功能;

d) 物资储备：集中运维系统应配备场所配备物资储备种类信息及数量数据统计功能模块，并应配置物资储备的安全库存设置要求及缺货预警机制的功能需求

图10 设备档案和设备保养管理

安全管理宜具备以下功能:

a)安全组织管理:实现集团公司､电站区域公司安全组织架构设定功能;

b)安全综合管理:各种安全相关的制度､培训､考核､应急等的文档管理功能;

c)安全检查管理:实现安全检查计划､任务､结果的管理功能;

d)安全事故管理:实现安全事故登记与处理闭环管理功能｡

检修维修管理宜具备以下功能:

a)检修维修单管理:实现各种故障检修维修工作的单据登记､检修

维修过程的资料､检修维修结果的信息管理功能;

b)检修计划管理:负责管理检修计划信息的记录与管理功能,主要涉及季度和月度等基础性检查计划

c) 缺陷管理: 包括不同设备与多个来源的信息收集, 以及对这些问题进行排查, 最后记录问题解决后的数据。

d) 隐患管理: 覆盖各类设备及多源信息的记录与整理功能, 包括但不限于隐患信息的登记、治理以及治理过程中的记录与评估功能

e) 预防性维护管理: 具体实施相应的预防性维护计划, 对执行的维修工作进行详细记录; 包括制定并执行预防性维护计划、定期开展预防性维修检查等内容, 同时负责相关的信息化管理功能

图11 工单管理和缺陷记录

系统管理宜具备以下功能:

a)权限设置:登录权限､场站权限､功能权限､数据权限;

b)在线用户管理:用户登录､操作记录;

c)时间同步:宜采用简单网络时间协议(SNTP)对时方式,并以此同步各子站;

d)Web功能:主站宜具备相关数据的信息发布､浏览和下载等Web功能｡

图12 用户权限配置及用户状态监测

光伏发电功率预测

运维中心基于实时监测到的当日光照与温湿度数据对光伏电站的发电功率进行预测，并以此作为基准对发电效率进行对照验证。

图13 光伏运维主站、子站发电功率预测功能

1. 

箱变测控管理

尽管箱式变电站因其面积较小而具有经济性优越的特点，在分布式光伏发电项目中得到了广泛应用；作为光伏电站升压并网的关键电气设备，在该系统中的性能表现直接关系到整体发电系统的可靠性；为了确保系统的稳定运行和高效发电效果；我们需要对箱变的主要电气参数、环境参数以及各绕组的温度变化情况进行全面监测与预警

提供过电流保护、温度保护、过/欠电压保护、零序过流保护等功能；

实时监测变压器高、低压侧的电压、电流、有功及无功等参数；

实时监测低压室柜门开关状态及箱变内温湿度、浸水、烟雾；

实时监测变压器运行绕组温度；

实时监测柜内母排、线缆接头处温度；

互联互通，支持 有线或无线通讯，可将数据传输至后台。

图14 箱变测控系统图

通过AcrelEMS系统能够持续监测并跟踪变电站母线 transformer和高压柜 switchgear的电气参数、温度以及箱体内湿度等关键指标信息，在检测到的数据超出设定正常范围或出现设备异常状态时，则能立即触发告警机制以确保电力系统的安全稳定运行

图15 变压器及箱变环境监测

1. 

光伏运维相关二次设备选型

安科瑞推出光伏运维子系统及相关设备套装包,其中包括主站监控软件、智能数据节点、保护控制单元,以及完整的交直流测量仪表集合,这些产品具备全面的电能质量检测与改善功能,能够有效保障光伏发电系统的高效稳定运行

电化学储能系统监控及集中运维管理

随着新型电力系统对安全稳定性的需求日益增长 电化学储能电站也随之快速扩张 这种情况下 科学的安全管理和运营对于提升系统的可靠性至关重要 尤其是针对电池设备而言 由于其易受热环境影响 导致热失控引发事故的情况虽然偶尔会发生 但频发情况不容忽视 在实际运营中 储能电站不仅包括日常维护工作还包括定期收集并分析运行数据 通过实时监控每个电池组的状态 能够及时调整能量分配策略 这种动态优化机制有助于提高系统的安全性与效率 同时也需要专业的技术团队来确保这些措施的有效执行 结合先进的管理系统和完善的安全管理措施 可以实现储能在电网中的高效利用 并最终提升整个能源系统的盈利水平

储能电站的运维管理主要包含以下几大系统：电池及其相关的BMS（电池管理系统）、储能转换器（PCS）以及EMS（能量管理系统）所配套的电气设备组（包括升压变压器以及并网开关柜）。此外还包括消防设施与空调系统的运行维护工作以及站用电系统的监控与维护工作

1. 

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

1. 

系统构成

遵循NB/T 42091《电化学储能电站监控系统技术规范》的规定，在应用电化学储能监控系统时应优先选用星型网络架构；对于功率低于或等于1MW且容量低于或等于1MWh的设备，则建议采用独立网路配置，并参考附图中的相关内容。

图16 电化学储能系统单网监控系统网络结构图

建议在该类电化学储能监控系统中采用两个独立系统的配对方式，并确保每个系统的故障不会影响整体运行（图17）。

图17 电化学储能系统双网监控系统网络结构图

监测设备主要包括BMS与PCS两大类核心系统以及防护监控装置等基础配置。其中一类为常规保护与监控设备（如电力电量测量装置），另一类则涵盖了更为复杂的功能模块（包括但不限于消防设施、空调系统以及站用直流屏装置等）。

1. 

电化学储能电站监控运维管理系统

Acrel-2000MG储能系统的能量管理系统与AcrelEMS企业微电网能效管理平台具备对企业微电网各组成部分进行实时监控与优化控制的能力。这些组成部分包括市电、分布式光伏、微型风机等电源来源、企业内部配电网网络以及固定负荷与可调节负荷等负载类型。该系统还能够监控储能设备与新能源汽车充电负荷，并通过优化控制机制保障微电网储能系统的安全运行。该平台旨在实现源网荷储资源间的灵活互动，在不同调控目标下提升系统的稳定性和可靠性。此外，在促进新能源的高效利用、削峰填谷以及减少电网投资成本方面发挥了积极作用，并通过移动端服务提升管理效率。Acrel-2000MG储能系统的能量管理系统适合本地部署，并提供实时监控功能；而AcrelEMS则适用于企业级源网荷储充一体化管理需求，并支持移动端数据接入功能。

数据采集和处理

监控系统具备通过测控单元和功率变换系统、电池管理系统完成实时数据采集与处理的能力。为了确保系统的稳定运行, 监控系统需配备通信接口与其建立关联, 该系统的功能模块应当覆盖但不限于:

a）电池模块的电压、温度、电池能量；

b）电池簇的工作电流值、供电电压值、输出功率值以及储能容量等关键参数均达到理想状态；其中电池系统的最高效率与最低效率表现尤为突出

单体电压及其电池编号：

c）电池堆可充可放电量、累积充放电电量；

d）各种故障告警和保护动作信号；

图18 Acrel-2000MG和AcrelEMS电池数据采集

功率变换系统(PCS)上送信息宜包括但不限于：

a）开关状态信息：直流侧接触器的工作状态及交流侧断路器的状态；运行模式分为并网和离网两种情况；运行过程中的状态参数

（充电、放电、待机等）、就地操作把手的状态等：

b）模拟量信息：直流侧电压、电流、功率，交流侧三相电压、电流、有功、无功；

c）非电量信息：IGBT模块温度、电抗器温度、隔离变温度等；

d）运行信息：功率变换系统保护动作信号、事故告警信号等。

图18 Acrel-2000MG和AcrelEMS 功率变换系统数据采集

监视和报警

监控系统的监视功能应符合但不限于下列要求：

a）应能通过显示器对主要电气设备运行参数和设备状态进行监视；

b）应能监视并实时显示各设备的通信状态和通信报文；

c）电池管理系统与功率变换系统应发送至监控系统的遥测数据及告警指标，并配备专门的界面用于显示数据与发出告警

图19 Acrel-2000MG和AcrelEMS 监视和报警分级

控制与调节

控制范围：站内交流回路断开装置及其相关的功率转换装置和其他重要设备；其中包括在不同状态下启动或停止的操作（如运行状态与检修状态之间的切换）、并网充电与放电操作（包括有无电网情况下的操作）、无电网情况下设备放电操作以及保护装置的高压接触器投入与切除操作等。监控系统基于功能定位支持以下应用模式：削峰和填谷的操作模式；孤网运行下的自动调节机制；通过调节频率维持稳定；通过支撑电压保障安全；治理电力质量的问题；实现平滑的功率输出；按照计划跟踪发电量的变化趋势。

图19 Acrel-2000MG和AcrelEMS 储能系统监控

电能质量监测

对储能系统交流回路运行状态进行实时监测，在包括以下多种工作状态的情况下持续观察：电压波动和闪变情况、三相电压不平衡现象、电压暂时上升或下降情况、断续供电状态以及谐波失真现象等；系统持续采集事件数据并进行故障记录，并在发生异常时完成故障录波操作；从而为电力质量和故障治理提供数据支持

图20 Acrel-2000MG和AcrelEMS 电能质量分析

企业微电网能效管理

AcrelEMS企业微电网能效管理平台不仅对储能系统的运行状态进行实时监控与报警处理，并且还全面涵盖企业内部源网荷储充一体化的综合管理功能。该平台为微电网能效管理提供了全方位的实时监控能力、优化运行控制策略以及智能化的设备管理和运维支持，并能够生成实时监控与分析报告；同时具备Web与App端的数据服务及异常告警功能。

该平台可依据企业光伏发电数据、储能调控策略以及负荷波动状况为企业提供微电网运行数据，并拟定最优用电方案。在确保企业微电网安全的基础上协助其降低成本。最后将有助于清洁能源的接纳与利用

图21 AcrelEMS企业微电网能效管理平台

1. 

电化学储能电站监控运维管理系统二次设备选型

安科瑞配备了多种专业级电化学储能电站监控运维管理软件系统、数据传输网关以及保护测控单元设备，并配置有多功能仪表及各类传感器设备；该系统通过先进的电能质量监测技术和综合治理装置实现储能电站及企业微电网的能量优化配置与高效稳定运行。

表3 储能电站监控运维管理系统选型方案

结束语

基于双碳战略以及电网安全运营要求推动下

在新型电力系统的发展进程中,随着企业光储充微电网内部以及与大电网之间的互动频率愈发增高,将亟需建立一个能够实现对企业"源网荷储充"全生命周期的动态监控与协同管理的一体化运营平台,这样才能够确保企业微电路系统的高效运行状态,并推动新型电力系统向着稳定可靠低碳的方向稳步前进