安科瑞充电站微电网能量管理系统在分布式光伏电站运维管理

摘要：太阳能发电是新能源开发利用的重要途径之一，而分布式光伏电站以其清洁环保、节约用地、并网难度低、维护方便、可以就近供电、建设周期短、初始投资和后期运维成本低等优点，越来越多的工商业企业、居民用户、公共事业单位选择安装分布式光伏发电系统。然而，分布式光伏电站的运维与地面集中光伏电站的运维区别较大，管理难度大且管理要求高。以分布式光伏电站的运维为主要议题，结合电站运维管理经验阐述了目前国内分布式光伏电站运维现状，讨论了分布式光伏电站运维管理模式，概括了光伏电站运维中涉及的管理难题和解决方案以及分布式光伏电站运维未来的发展趋势。
关键词：分布式光伏；运维管理；发展趋势
0引言
2021年以来，随着国家“双碳”战略目标和愿景的提出和国家能源局《关于报送整县(市、区)屋顶分布式光伏开发试点方案的通知》的发布，分布式光伏电站成为新能源行业的发展重点，得到国家和地方政府的大力支持，工商业屋顶分布式光伏电站作为分布式光伏中的重点得到了较快发展。分布式光伏电站不仅规模较小、分布面较广、屋顶使用数量较多，而且光伏电站之间又相对独立，不利于电站运维管理部门对光伏电站的监管。越来越多的分布式光伏电站面临着运维管理难题，如电站点多面广、设计考虑不周、设备质量缺陷、施工工艺水平较差、后台监控平台不统一、管理成本过高等问题。因此，要做好光伏电站运行规范化管理、科学化数据分析、智能化远程监控，以推进光伏发电行业的更好发展。
1分布式光伏电站运维管理现状
1.1分布式光伏电站发展现状
分布式光伏电站通常是利用屋顶资源建设光伏电站，一般采用自发、自用、余电上网的上网模式。分布式光伏发展速度较快，国家能源局发布的021年前三季度全国光伏发电建设运行情况显示，2021年1-9月，我国新增光伏并网容量25.56GW，其中分布式光伏新增16.41GW，在光伏装机总量中占比64.20%，占比增长幅度显著高于往年（见图1）。
1.2分布式光伏电站的主要特点
分布式光伏电站的特点有四个：
1）电站建设规模较小。对比集中式光伏电站的装机容量达到数百兆瓦的规模，分布式光伏电站的模块化设计方式决定了它的规模大小，可根据建设场地面积、工商业用电量消纳比例、当地自然环境等条件限制进行调整，一般装机容量在50MW以下。
2）分布式光伏发电的一个显著特点就是能将自然界中源源不断的太阳能资源转化为绿色清洁电能，且在整个发电过程中不产生噪音和不排放有害气体。
3）作为当地电网电能来源的重要补充，可以有效缓解当地电力供应不足的问题。光伏发电系统在用户用电高峰阶段的白天中功率*大，与当地电网公司峰谷特点相吻合，可以*大程度地降低用户的电费支出。
4）分布式光伏电站设备安装位置分散独立，可根据屋顶的面积、位置和结构设计组件、逆变器的安装规模、位置，安装方式灵活多变。 1.3分布式光伏电站的运维管理方式
光伏电站运维模式一般分两种：
1）采取委托第三方开展电站运维管理的模式。此模式适合电站投资建设主体无*技术团队的投资者，通过与第三方签订运维委托协议，由被委托单位开展电站运维工作，包括光伏电站内部及与光伏电站相关的设备检修、运行维护、故障处理、数据分析、电费代收、电气预防性试验、组件清洗等全部电站正式运营过程中所涉及的运维、电站管理工作，*终保证电站发电量及利用小时数要求。
2）自行建立运维团队运维的模式。独立培养*的光伏电站运维管理团队，通过集中监控、无人或少人值守、分散区域集中化运维管理方式，实现电站的远程集中运维管理。
2光伏电站运维管理存在的问题
2.1电站运维人员数量较少且从业人员*素质偏低
通常情况下，为降低运维管理费用和提高项目经济性，大多数电站均采用无人值班、远程集中监控的模式，难以有效落实电站有人值守、“两票三制”的管理要求，同时无法快速地解除电站报警、消除电站缺陷。同样出于节约成本的考虑，运维管理从业者的门槛较低，从业后缺少系统的*技术培训和电站维护经验，缺乏基本的现场应急处理能力，当出现较难解决的设备故障时难以快速作出反应，从而增加电站运维的安全风险。
2.2缺乏对电站现场的信息管控
由于分布式光伏电站点多面广的特点，在电站的运维管理工作中，难以做到电站设备的日常巡检，只能通过后台监控系统设备报警监控来推断现场情况，不能精确掌握现场情况，无法判断报警信息是否为误报警，且当发现设备故障报警时难以快速到现场消除设备故障，从而造成设备故障消除迟缓继而引发设备故障扩大化。同时由于运维人员远离电站现场，难以判断组件表面的脏污程度，仅通过对系统效率的分析来安排组件清洗，而系统效率是多因素耦合的变量参数，所以经常出现组件清洗不及时、系统效率降低带来的经济性损失。
2.3屋顶设备的复杂性造成设备巡检和组件清洗困难
为实现屋顶空间利用的*大化，光伏电站设计的组件排列方式较为密集，未合理设置检修通道和检修平台，容易导致组件清洗困难、设备拆装不便、踩踏组件造成组件破碎或者隐裂等情况发生。此外，彩钢瓦屋面铺设的组件通常顺势就坡紧贴屋面铺设，此种方式虽然降低风霜雨雪天气影响，但给运维人员带来诸多困难，如现场巡视时无法观察到组件背面直流电缆和MC4插头的运行情况，同时组件运行环境通风不畅、背部温度较高从而降低系统效率和发电量。
2.4后台监控平台不统一
目前，大多数光伏电站的后台监控平台均采用阳光电源、华为、固德威、锦浪等逆变器设备厂家免费提供的监控平台，运维管理人员可以通过网页版本和手机App版本的远程监控系统，对电站进行集中管理和远程监控。但是经过对比分析，当发生故障告警时，目前的手机App和网页版本均不能主动推送相关信息，只能通过查看后台监控网页或App时发现故障，导致故障不能及时被发现。而且不同的后台监控系统界面、使用方法、主要参数设置等均不相同，运维管理人员通常需要掌握不同平台的使用方法，不间断地在不同监控平台中切换，以便于及时发现设备故障告警。日报、周报等信息需要从不同平台中提取、汇总、分析，运维管理效率较低且集中监控管理难度大（见图2）。 3电站运维管理提升方法
3.1提高运维从业人员的素质
配置足够的*技术人员是光伏电站长期安全稳定运行的保障。结合电站特点和人员配备情况，科学合理地建章立制，及时掌握电站的运行状态和消除潜在的安全隐患，确保光伏电站安全平稳运行。对于电站配备的技术人员经验有限，需要定期委托运维经验丰富的*技术人员对运维操作人员进行现场操作技能和故障判断分析的培训，尤其是对电站新进人员的培训，使其了解和掌握光伏发电系统的工作原理、电站设备的性能参数、设备故障的排除方法和日常巡检的检查重点等，提高运维从业人员的*技能，初步具有判断故障产生的原因和消除故障的能力。
3.2电站运维远程集中管理+现场委托技术人员代管
可以借助数字化、信息化技术平台，实现对光伏电站的信息采集、传输、处理、通信进行统一管理，有效整合电站设备信息管理系统、状态监测管理系统和自动保护系统等，实现光伏电站的数据网络共享和远程集中监控。运维管理人员可以登录远程服务器进行数据的实时远程访问，并通过网页客户端、智能手机或者平板电脑等进行数据查询。
由于光伏电站一般是建设于工商业厂区范围内，可以与工商业业主单位进行沟通协调，对业主单位的电气*人员进行光伏电站运维的系统培训，由业主单位的电气*人员负责现场的设备消缺和日常巡检，以弥补电站无人值守的不足，将巡检频次、维护内容、维修标准落实到责任人、岗位职责和管控措施，及时发现设施设备异常，避免事态扩大造成严重后果，同时可以降低运维管理的成本费用、加快现场故障消除的时间和保障电站的安全稳定运行。
3.3优化设备布置的设计方案
在开展电站设计时，应针对电站投运后可能存在的组件松动、热斑隐裂、直流电缆接触不良等组件问题，以及模块老化、通风散热不佳造成的逆变器故障，组串接地不良、电缆绝缘皮破损老化、线路短路、瞬时过流保护等直流电缆的故障，需要合理地选择设备型号和设计方式，降低故障发生频率。应结合屋顶既有设备位置、拟接入的配电间位置、建筑阴影遮挡情况等，合理优化组件、逆变器、电缆、桥架的排列布置方式，设置必要的运维巡查通道和设备检修平台，在避免阴影遮挡、便于运维检修的前提下尽量布置足够多的组件。彩钢瓦屋面铺设的组件应合理抬高支架导轨的高度，留有足够的通风空间，同时清除阻挡风道的杂物，降低组件背部温度从而提高系统效率。
3.4优化后台集中监控平台
通过优化后，监控平台一般应具有以下功能（见图3）：
1）数据统计分析。直观地多维度对比各电站核心指标，实时掌握整体运行水平，为管理层决策分析提供理论依据。
2）单电站分析和多电站对比。对各电站的上网电量、综合系统效率、故障发生频率、各方阵的系统效率等数据进行多角度的对比分析，为电站评优考核、运维管理人员决策分析和科学评估提供数据支撑。
3）报表功能。统计某时段内各个电站的运行情况，对各评价指标进行同比、环比深度分析，提供翔实可靠的运行数据。
4）将不同逆变器厂家的监控平台数据集成到一个信息系统内，该信息系统应具有自动分类汇总、智能对比分析、所有电站项目的信息集中在大屏显示等功能。
5）当运维管理人员通过远程监控系统发现故障发生时，能够通过监控平台将操作指令直接下发给现场操作人员，将故障消除过程实时在平台上进行更新，相关数据可以长期保存便于查阅。通过技术手段，当发生故障报警时能及时收到报警信息。 4分布式光伏运维的未来发展趋势
近年来，在工商业电价逐步下调的大背景下，综合利用现代化科技手段降低运维成本、提高系统效率和发电量，逐渐成为了光伏行业的主旋律，将大数据、云计算、区块链等高新技术与电站运维管理相结合的智慧电站运维正逐步成为业界发展的趋势。
4.1互联网+智慧能源
互联网+光伏发电集中监控运维管理平台，通过对实时运行数据的采集、处理、分析、存储、传输，结合当地辐照条件对电站数据进行深入挖掘分析，及时发现电站运行故障隐患，并结合电站信息自动诊断技术、智能化检修工单派送技术和定期推送的系统效率提升方案，不断提高光伏电站的系统效率，增加发电收益，实现“互联网+智慧能源”管理模式。
4.2大数据分析
推进分布式光伏电站运维管理的智能化，构建智能化电力运行监测、运维管理技术、数据实时共享网络平台，运用大数据分析技术对设备状态、故障报警、电能质量等数据进行分析研判预测，建立起一套高效、稳定的光伏电站远程监测/诊断系统，使电力设备和用电终端基于互联网技术进行双向通信和智能调控，不断提高光电转化效率和安全稳定运行水平。“光伏大数据+监测/诊断”可为光伏系统的科学管理提供有用数据，有效提高运维管理水平，在降低运行维护成本的同时，提升光伏电站的发电效益，进而提高企业的经济效益和市场竞争力。 区块链技术是一种能在整个业务网络上共享的分布式账本，具有“去中心化、公开透明、双方匿名，不可窜改、信息可追溯”等众多优势［3］，而分布式光伏信息管理平台的建设要求具有“数据透明、不可窜改、长期存储、信息共享”等特点，电站数据永久记录在有顺序的、不可窜改的账本区块中，能在无第三方监督的状态下，通过自身分布式节点进行数据存储和交流，保障电站数据的安全性、透明性和不可窜改性，实现信息传输过程的数据共享与集约化管理，为互联网+、大数据分析平台提供可信、可查、可用的数据支撑，同时可以结合分布式光伏电站的特点，基于区块链技术的购、售电交易商业化模式，可以有效解决当前传统购、售电运营模式存在购电管理分散、缺乏整体管理、信息无法实时共享和反馈等问题，提升光伏发电企业的经营效益、工作效率和市场竞争力。
5Acrel-2000MG充电站微电网能量管理系统
安科瑞Acrel-2000MG微电网能量管理系统能够对微电网的源、网、荷、储能系统、充电负荷进行实时监控、诊断告警、全景分析、有序管理和高级控制，满足微电网运行监视全面化、安全分析智能化、调整控制前瞻化、全景分析动态化的需求，完成不同目标下光储充资源之间的灵活互动与经济优化运行，实现能源效益、经济效益和环境效益较大化。通过在企业内部的源、网、荷、储、充的各个关键节点安装安科瑞研发的各类监测、分析、保护、治理装置；通过先进的控制、计量、通信等技术，将分布式电源、储能系统、可控负荷、电动汽车、电能路由器聚合在一起；平台根据新的电网价格、用电负荷、电网调度指令等情况，灵活调整微电网控制策略并下发给储能、充电桩、逆变器等系统与设备，保证企业微电网始终安全、可靠、节约、高效、经济、低碳的运行。

5.1系统主界面
微电网能量管理系统包括系统主界面，包含微电网光伏、风电、储能、充电桩及总体负荷情况，体现系统主接线图、光伏信息、风电信息、储能信息、充电桩信息、告警信息、收益、环境等。

5.2光伏监控
针对配置光伏发电的微电网系统，具有在线监控光伏电池板阵列、环境监测、汇流箱和逆变器等的功能，保证光伏发电安全运行。
测量监视：日照、温度、风速等环境信息，电池板温度、直流电压、直流电流、直流功率、逆变器功率等。
状态监视：交/直流过压/欠压、交/直流过流、频率过/欠告警，过温过载、漏电保护等。
电量监视：光伏实时发电量、总发电量等。
遥控：逆变器启动、停止。

5.3储能监控
针对配置全钒液流储能电池，微电网能量管理系统具有在线监控储能电池和PCS双向逆变器等的功能，保证其剩余容量在合理范围内，保障电池安全、合理利用。
测量监视：运行模式、功率控制模式，功率、电压、电流、频率等预定值信息、储能电池充放电电压、电流、SOC、温度、压力、流量。
状态告警数据：储能电池充放电状态、交/直流过压/欠压、交/直流过流、频率过/欠告警、过温、过载、漏电保护等。
电量数据：电池电量。
设置数据：PCS启动、停止、功率设定、装置运行参数设定


5.4充电桩监控
（1）充电监视
微电网能量管理系统须具有提供充电桩的各类测量监视、状态监视、电量监视等的功能。
测量监视：充电电流、充电电压、充电功率、充电时间、SOC、电池电压、电池温度等。
状态监视：充电桩状态、连接确认开关状态、输出继电器状态、充电接口电子锁状态
电量监视：充电过程中的实时充电量、充电表底值、交易记录。
（2）充电控制
微电网能量管理系统具有提供充电桩的各类遥控、数据设置等的功能。
充电控制：启动、停止。
远程控制：重启、升级。
数据设置：时段参数、应急卡名单。

5.5风电监控
针对配置风力发电的微电网系统，具有在线监控风力机组、风能并网控制器、并网逆变器等的功能，保证风力发电安全运行。
测量监视：温度、风速等环境信息，直流电压、直流电流、直流功率、逆变器功率等。
状态监视：交/直流过压/欠压、交/直流过流、频率过/欠告警，过温、过载、漏电保护等。
电量监视：风机实时发电量、总发电量等。
遥控：逆变器启动、停止。

5.6配电监控
Acrel-2000MG微电网能量管理系统可以直观显示一次系统图，并实时显示从35kV至0.4kV各电压等级各回路的遥测量、遥信量和报警信号等。遥测量包括电压、电流、功率、功率、电能等电参量，高低压柜内电气节点温度值等；遥信量包括中压开关柜内路断路器、手车、隔离开关、负荷开关、地刀开关的分合状态，柜内弧光探头的链路状态、断路器弹簧储能状态及远方就地控制状态；报警信号包括微机保护装置的告警信号、保护跳闸信号及装置异常信号\线路弧光保护动作信号、节点温度告警及设备通信异常告警。

5.7硬件及其配套产品 6结束语
光伏电站运维管理是通过科学的管理手段，合理地对电站智慧化运行维护，以保障发电系统的安全、高效、稳定运行，保证电站投资者的收益回报［4］。通过对国家政策、运维模式及关键技术的分析可以看出，随着光伏行业的持续快速发展，新型化、高效化、智慧化成为光伏电站运维管理新的重点要求。为提高发电效率、降低综合运维成本，光伏电站的运维管理将沿着智慧化的发展方向不断前行。
【参考文献】
［1］邱海锋，叶剑，韩荣杰，等.分布式光伏电站运维管理的建议［J］.现代建筑电气，2018(10):63-65.
［2］赵威.分布式光伏电站运维管理的建议［J］.中国金属通报，2018(9):184-185.
［3］李俊峰，朱文婷，刘薇.购售电一体化的区块链平台设计与研究［J］.电力需求侧管理，2019(6):35-39.
［4］冯相赛.分布式光伏电站运维现状及发展趋势［J］.能源与节能，2018(4):57-59.
［5］杨洪雷.分布式光伏电站运维管理与发展趋势
［6］安科瑞企业微电网设计与应用手册 2022.05版