周穎

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：目前，光伏儲能電站已經成為電力能源可持續發展的重要組成部分，這是因為光伏儲能電站大量采用太陽能光伏發電技術，對于可再生能源——太陽能的規劃應用非常合理。但是，光伏輸出功率本身在隨機性、波動性方面表現較強，容易制約電站接入和輸送光伏電力能源，所以光伏儲能電站就應用到了儲能技術，使用儲能技術，降低棄光對于資源的浪費，大量建造配套儲能項目，對于電力系統削峰填谷有著重要作用。文章解讀了電化學光伏儲能電站的內部組成與運行功能內容，重點研究了光伏儲能電站的運維思路與運維流程，深入探索了解光伏儲能電站運維可行性。

關鍵詞：電化學光伏儲能電站；運行功能內容；運維思路；運維流程；儲能技術

0、前言

      儲能技術在削峰填谷、調頻調壓、電能質量治理以及負荷跟蹤等功能應用上表現出色，其可以將光伏電站發電生產過程中的多余電能存儲到系統設備電池中。另外，利用儲能系統中削峰填谷后的峰谷電價差還能為電站創造更多經濟效益，全面提高系統自身的調節能力。所以說，儲能技術已經成為光伏儲能電站中的核心技術，其儲能系統為配置電力負荷儲能分別建立了電源直流側儲能系統以及電源交流側儲能系統。

1、光伏儲能電站中儲能系統的內部組成與運行功能

      光伏儲能電站中儲能系統包含兩大分支系統，分別是電源直流側儲能系統以及電源交流側儲能系統，其運行功能各不相同。

（1）電源直流側儲能系統。主要安裝于光伏儲能電站中的直流系統中，其中設計了儲能蓄電池組和光伏發電陣列，這一發電陣列能夠在逆變器直流段直接參與調控操作。實際上，電源直流側儲能系統與蓄電池是共享一個逆變器的，充分利用了逆變器的充放電特性，而通過這一逆變器也能建立大功率跟蹤系統MPPT，專門用于配合光伏輸出操作，滿足儲能蓄電池的輸出特性曲線變化要求。電源直流側儲能系統的前端直接與逆變器前端相連，能夠保證蓄電池自動直流平衡調整到位，再配合光伏儲能電站的內部調度，還可以實現對輸出電能質量的有效優化，大限度控制輸出波動增大情況，對提高光伏發電輸出的平滑性與穩定性都有好處[1]。

（2）電源交流側儲能系統，被稱之為單元型交流側儲能系統。該系統所采用的是單獨充放電控制器與變流器（PCS），滿足了蓄電池的充放電逆變技術應用要求，為電站內部提供站內儲能系統技術支持。該系統主要能夠結合電網需要建設獨立運行的子光伏儲能電站，脫離直流側儲能系統單獨存在，擁有自主的電力調度能力，也可接受電網調度，在電源交流側儲能系統中，系統充放電全部交由智能化控制系統自動控制，可以不受到光伏儲能電站總站調度控制影響。因為該系統擁有快速充電能力，在調度站外電網廉價低谷多余電力方面能力更強，通過調度多余電力滿足系統運行基本要求。大體來講，直流側接入儲能系統與交流側接入儲能系統二者在接入點上有所不同，前者是將系統儲能部分直接接入到電站交流低壓側，與總站共享一個逆變器與變壓器，而后者則能夠形成一套獨立完整的儲能電站系統模式，將電流直接接入到高壓電網中。目前，電化學光伏儲能電站希望研究出一套能夠實現直流側與交流側儲能系統相互協調、相互控制的智能化控制調度系統。該調度系統在配置負荷側儲能方面能力較強，能夠為電站中生產設備提供應急電源，甚至應用于某些特殊場合中，確保光伏儲能電站設備系統生產運行高效率[2]。

2、電化學光伏儲能電站的運維思路分析

      根據電化學光伏儲能電站的實際運維管理需求，需要明確運維管理思路，為全面開展光伏儲能電站日常運維工作、通過各項技術考核奠定良好基礎，使電站設備利用、效益達到大化。

2.1確定運維模式

      電化學光伏儲能電站需要首先確定自身運維模式，根據電站中不同的運行管理要求來提出運維模式及內容。在這一模式中會安排專業化的光伏儲能電站運維管理人員、技術安全管理人員以及營銷人員定期展開培訓工作，學習光伏儲能電站的運維管理知識內容，然后參與到對光伏儲能電站設備的定期檢修維護管理工作中，例如儲能蓄電池定期測試、變流器定期維護等。

2.2提出運維管理內容

      電化學光伏儲能電站的運維管理內容相當豐富，其核心管理內容是圍繞電站設備展開的。要為光伏儲能設備設計運行參數、發電量、電網調度指令計算分析與統計方案，同時在日常做好對設備狀態的巡視檢查工作，深入檢查電池組件以及支架，了解設備的完好程度以及污染程度，再者就是檢查所有儲能設備的實際運行情況。簡言之，就是要根據電網調度指令以及檢修工作要求來分析儲能設備充放電控制。

3、Acrel-2000MG微電網能量管理系統概述

3.1概述

      Acrel-2000MG微電網能量管理系統，是我司根據新型電力系統下微電網監控系統與微電網能量管理系統的要求，總結國內外的研究和生產的經驗，專門研制出的企業微電網能量管理系統。本系統滿足光伏系統、風力發電、儲能系統以及充電樁的接入，全天候進行數據采集分析，直接監視光伏、風能、儲能系統、充電樁運行狀態及健康狀況，是一個集監控系統、能量管理為一體的管理系統。該系統在安全穩定的基礎上以經濟優化運行為目標，促進可再生能源應用，提高電網運行穩定性、補償負荷波動；有效實現用戶側的需求管理、消除晝夜峰谷差、平滑負荷，提高電力設備運行效率、降低供電成本。為企業微電網能量管理提供安全、可靠、經濟運行提供了全新的解決方案。

      微電網能量管理系統應采用分層分布式結構，整個能量管理系統在物理上分為三個層：設備層、網絡通信層和站控層。站級通信網絡采用標準以太網及TCP/IP通信協議，物理媒介可以為光纖、網線、屏蔽雙絞線等。系統支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信規約。

3.2技術標準

本方案遵循的標準有：

本技術規范書提供的設備應滿足以下規定、法規和行業標準：

GB/T26802.1-2011工業控制計算機系統通用規范1部分：通用要求

GB/T26806.2-2011工業控制計算機系統工業控制計算機基本平臺2部分：性能評定方法

GB/T26802.5-2011工業控制計算機系統通用規范5部分：場地安全要求

GB/T26802.6-2011工業控制計算機系統通用規范6部分：驗收大綱

GB/T2887-2011計算機場地通用規范

GB/T20270-2006信息安全技術網絡基礎安全技術要求

GB50174-2018電子信息系統機房設計規范

DL/T634.5101遠動設備及系統5-101部分:傳輸規約基本遠動任務配套標準

DL/T634.5104遠動設備及系統5-104部分:傳輸規約采用標準傳輸協議子集的IEC60870-5-網絡訪問101

GB/T33589-2017微電網接入電力系統技術規定

GB/T36274-2018微電網能量管理系統技術規范

GB/T51341-2018微電網工程設計標準

GB/T36270-2018微電網監控系統技術規范

DL/T1864-2018獨立型微電網監控系統技術規范

T/CEC182-2018微電網并網調度運行規范

T/CEC150-2018低壓微電網并網一體化裝置技術規范

T/CEC151-2018并網型交直流混合微電網運行與控制技術規范

T/CEC152-2018并網型微電網需求響應技術要求

T/CEC153-2018并網型微電網負荷管理技術導則

T/CEC182-2018微電網并網調度運行規范

T/CEC5005-2018微電網工程設計規范

NB/T10148-2019微電網1部分：微電網規劃設計導則

NB/T10149-2019微電網2部分：微電網運行導則

3.3適用場合

      系統可應用于城市、高速公路、工業園區、工商業區、居民區、智能建筑、海島、無電地區可再生能源系統監控和能量管理需求。

3.4型號說明

3.5系統配置

3.5.1系統架構

      本平臺采用分層分布式結構進行設計，即站控層、網絡層和設備層，詳細拓撲結構如下：

3.6系統功能

3.6.1實時監測

      微電網能量管理系統人機界面友好，應能夠以系統一次電氣圖的形式直觀顯示各電氣回路的運行狀態，實時監測各回路電壓、電流、功率、功率因數等電參數信息，動態監視各回路斷路器、隔離開關等合、分閘狀態及有關故障、告警等信號。其中，各子系統回路電參量主要有：三相電流、三相電壓、總有功功率、總無功功率、總功率因數、頻率和正向有功電能累計值；狀態參數主要有：開關狀態、斷路器故障脫扣告警等。

      系統應可以對分布式電源、儲能系統進行發電管理，使管理人員實時掌握發電單元的出力信息、收益信息、儲能荷電狀態及發電單元與儲能單元運行功率設置等。

      系統應可以對儲能系統進行狀態管理，能夠根據儲能系統的荷電狀態進行及時告警，并支持定期的電池維護。

      微電網能量管理系統的監控系統界面包括系統主界面，包含微電網光伏、風電、儲能、充電樁及總體負荷組成情況，包括收益信息、天氣信息、節能減排信息、功率信息、電量信息、電壓電流情況等。根據不同的需求，也可將充電，儲能及光伏系統信息進行顯示。

圖2系統主界面

      子界面主要包括系統主接線圖、光伏信息、風電信息、儲能信息、充電樁信息、通訊狀況及一些統計列表等。

3.6.1.1光伏界面

圖3光伏系統界面

      本界面用來展示對光伏系統信息，主要包括逆變器直流側、交流側運行狀態監測及報警、逆變器及電站發電量統計及分析、并網柜電力監測及發電量統計、電站發電量年有效利用小時數統計、發電收益統計、碳減排統計、輻照度/風力/環境溫濕度監測、發電功率模擬及效率分析；同時對系統的總功率、電壓電流及各個逆變器的運行數據進行展示。

3.6.1.2儲能界面

圖4儲能系統界面

      本界面主要用來展示本系統的儲能裝機容量、儲能當前充放電量、收益、SOC變化曲線以及電量變化曲線。

圖5儲能系統PCS參數設置界面

      本界面主要用來展示對PCS的參數進行設置，包括開關機、運行模式、功率設定以及電壓、電流的限值。

圖6儲能系統BMS參數設置界面

      本界面用來展示對BMS的參數進行設置，主要包括電芯電壓、溫度保護限值、電池組電壓、電流、溫度限值等。

圖7儲能系統PCS電網側數據界面

      本界面用來展示對PCS電網側數據，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數等。

圖8儲能系統PCS交流側數據界面

      本界面用來展示對PCS交流側數據，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數、溫度值等。同時針對交流側的異常信息進行告警。

圖9儲能系統PCS直流側數據界面

      本界面用來展示對PCS直流側數據，主要包括電壓、電流、功率、電量等。同時針對直流側的異常信息進行告警。

圖10儲能系統PCS狀態界面

      本界面用來展示對PCS狀態信息，主要包括通訊狀態、運行狀態、STS運行狀態及STS故障告警等。

圖11儲能電池狀態界面

      本界面用來展示對BMS狀態信息，主要包括儲能電池的運行狀態、系統信息、數據信息以及告警信息等，同時展示當前儲能電池的SOC信息。

圖12儲能電池簇運行數據界面

      本界面用來展示對電池簇信息，主要包括儲能各模組的電芯電壓與溫度，并展示當前電芯的大、小電壓、溫度值及所對應的位置。

3.6.1.3風電界面

圖13風電系統界面

      本界面用來展示對風電系統信息，主要包括逆變控制一體機直流側、交流側運行狀態監測及報警、逆變器及電站發電量統計及分析、電站發電量年有效利用小時數統計、發電收益統計、碳減排統計、風速/風力/環境溫濕度監測、發電功率模擬及效率分析；同時對系統的總功率、電壓電流及各個逆變器的運行數據進行展示。

3.6.1.4充電樁界面

圖14充電樁界面

      本界面用來展示對充電樁系統信息，主要包括充電樁用電總功率、交直流充電樁的功率、電量、電量費用，變化曲線、各個充電樁的運行數據等。

3.6.1.5視頻監控界面

圖15微電網視頻監控界面

      本界面主要展示系統所接入的視頻畫面，且通過不同的配置，實現預覽、回放、管理與控制等。

3.6.2發電預測

      系統應可以通過歷史發電數據、實測數據、未來天氣預測數據，對分布式發電進行短期、超短期發電功率預測，并展示合格率及誤差分析。根據功率預測可進行人工輸入或者自動生成發電計劃，便于用戶對該系統新能源發電的集中管控。

圖16光伏預測界面

3.6.3策略配置

      系統應可以根據發電數據、儲能系統容量、負荷需求及分時電價信息，進行系統運行模式的設置及不同控制策略配置。如削峰填谷、周期計劃、需量控制、有序充電、動態擴容等。

圖17策略配置界面

3.6.4運行報表

      應能查詢各子系統、回路或設備時間的運行參數，報表中顯示電參量信息應包括：各相電流、三相電壓、總功率因數、總有功功率、總無功功率、正向有功電能等。

圖18運行報表

3.6.5實時報警

      應具有實時報警功能，系統能夠對各子系統中的逆變器、雙向變流器的啟動和關閉等遙信變位，及設備內部的保護動作或事故跳閘時應能發出告警，應能實時顯示告警事件或跳閘事件，包括保護事件名稱、保護動作時刻；并應能以彈窗、聲音、短信和電話等形式通知相關人員。

圖19實時告警

3.6.6歷史事件查詢

      應能夠對遙信變位，保護動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數、電芯溫度（鋰離子電池）、壓力（液流電池）、光照、風速、氣壓越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統事件和報警進行歷史追溯，查詢統計、事故分析。

圖20歷史事件查詢

3.6.7電能質量監測

      應可以對整個微電網系統的電能質量包括穩態狀態和暫態狀態進行持續監測，使管理人員實時掌握供電系統電能質量情況，以便及時發現和消除供電不穩定因素。

1）在供電系統主界面上應能實時顯示各電能質量監測點的監測裝置通信狀態、各監測點的A/B/C相電壓總畸變率、三相電壓不平衡度和正序/負序/零序電壓值、三相電流不平衡度和正序/負序/零序電流值；

2）諧波分析功能：系統應能實時顯示A/B/C三相電壓總諧波畸變率、A/B/C三相電流總諧波畸變率、奇次諧波電壓總畸變率、奇次諧波電流總畸變率、偶次諧波電壓總畸變率、偶次諧波電流總畸變率；應能以柱狀圖展示2-63次諧波電壓含有率、2-63次諧波電壓含有率、0.5～63.5次間諧波電壓含有率、0.5～63.5次間諧波電流含有率；

3）電壓波動與閃變：系統應能顯示A/B/C三相電壓波動值、A/B/C三相電壓短閃變值、A/B/C三相電壓長閃變值；應能提供A/B/C三相電壓波動曲線、短閃變曲線和長閃變曲線；應能顯示電壓偏差與頻率偏差；

4）功率與電能計量：系統應能顯示A/B/C三相有功功率、無功功率和視在功率；應能顯示三相總有功功率、總無功功率、總視在功率和總功率因素；應能提供有功負荷曲線，包括日有功負荷曲線（折線型）和年有功負荷曲線（折線型）；

5）電壓暫態監測：在電能質量暫態事件如電壓暫升、電壓暫降、短時中斷發生時，系統應能產生告警，事件能以彈窗、閃爍、聲音、短信、電話等形式通知相關人員；系統應能查看相應暫態事件發生前后的波形。

6）電能質量數據統計：系統應能顯示1min統計整2h存儲的統計數據，包括均值、大值、小值、95%概率值、方均根值。

7）事件記錄查看功能：事件記錄應包含事件名稱、狀態（動作或返回）、波形號、越限值、故障持續時間、事件發生的時間。

圖21微電網系統電能質量界面

3.6.8遙控功能

      應可以對整個微電網系統范圍內的設備進行遠程遙控操作。系統維護人員可以通過管理系統的主界面完成遙控操作，并遵循遙控預置、遙控返校、遙控執行的操作順序，可以及時執行調度系統或站內相應的操作命令。

圖22遙控功能

3.6.9曲線查詢

      應可在曲線查詢界面，可以直接查看各電參量曲線，包括三相電流、三相電壓、有功功率、無功功率、功率因數、SOC、SOH、充放電量變化等曲線。

3.6.10統計報表

      具備定時抄表匯總統計功能，用戶可以自由查詢自系統正常運行以來任意時間段內各配電節點的用電情況，即該節點進線用電量與各分支回路消耗電量的統計分析報表。對微電網與外部系統間電能量交換進行統計分析；對系統運行的節能、收益等分析；具備對微電網供電可靠性分析，包括年停電時間、年停電次數等分析；具備對并網型微電網的并網點進行電能質量分析。

圖24統計報表

3.6.11網絡拓撲圖

      系統支持實時監視接入系統的各設備的通信狀態，能夠完整的顯示整個系統網絡結構；可在線診斷設備通信狀態，發生網絡異常時能自動在界面上顯示故障設備或元件及其故障部位。

圖25微電網系統拓撲界面

      本界面主要展示微電網系統拓撲，包括系統的組成內容、電網連接方式、斷路器、表計等信息。

3.6.12通信管理

      可以對整個微電網系統范圍內的設備通信情況進行管理、控制、數據的實時監測。系統維護人員可以通過管理系統的主程序右鍵打開通信管理程序，然后選擇通信控制啟動所有端口或某個端口，快速查看某設備的通信和數據情況。通信應支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信規約。

3.6.13用戶權限管理

      應具備設置用戶權限管理功能。通過用戶權限管理能夠防止未經授權的操作（如遙控操作，運行參數修改等）。可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限，為系統運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

3.6.14故障錄波

      應可以在系統發生故障時，自動準確地記錄故障前、后過程的各相關電氣量的變化情況，通過對這些電氣量的分析、比較，對分析處理事故、判斷保護是否正確動作、提高電力系統安全運行水平有著重要作用。其中故障錄波共可記錄16條，每條錄波可觸發6段錄波，每次錄波可記錄故障前8個周波、故障后4個周波波形，總錄波時間共計46s。每個采樣點錄波至少包含12個模擬量、10個開關量波形。

3.6.15事故追憶

      可以自動記錄事故時刻前后一段時間的所有實時掃描數據，包括開關位置、保護動作狀態、遙測量等，形成事故分析的數據基礎。

      用戶可自定義事故追憶的啟動事件，當每個事件發生時，存儲事故個掃描周期及事故后10個掃描周期的有關點數據。啟動事件和監視的數據點可由用戶和隨意修改。

圖29事故追憶

4、結語語

      目前，各種新能源項目遍地開花，新能源項目配套儲能設備已成為主流。對于光伏儲能電站來說，各種儲能設備種類豐富，電化學儲能設備也已日益更新，因此在針對電站的電化學儲能設備運維管理方面須做到面面俱到，在深入了解設備基本功能特性基礎上展開針對性運維管理操作，避免造成鋰電池熱失控事故的發生。文章也希望借此深入研究了解電化學光伏儲能電站，建立其運維管理工作體系，為光伏電力事業良性可持續發展作出應有貢獻。

參考文獻

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[3]馬世新.光伏儲能電站運維研究[A].電力系統，2023（5）

[4]安科瑞企業微電網設計與應用設計,2022,05

作者簡介

周穎，女，現任職安科瑞電氣股份有限公司，手機：18721095851（微信同號）