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前言
今年以來,在政策利好推動下光伏、風力發(fā)電、電化學(xué)儲能及抽水蓄能等新能源行業(yè)發(fā)展迅速,裝機容量均大幅度增長,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,未來預(yù)計可再生能源裝機規(guī)模仍將快速增長,逐步完成能源體系的深度轉(zhuǎn)型,最終實現(xiàn)“碳中和"目標。隨之而來的是光伏電站、儲能以及配套的電氣設(shè)施怎么通過系統(tǒng)來實現(xiàn)高效的運維管理,使之安全、可靠、高效運行。
關(guān)鍵字:光伏監(jiān)控;光伏運維;儲能監(jiān)控;儲能運維;箱變監(jiān)測
1. 2023年光伏、儲能發(fā)展趨勢
據(jù)國家能源局新能源和可再生能源司數(shù)據(jù)顯示,2023年一季度全國光伏新增并網(wǎng)33.66GW,同比增長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,全國光伏發(fā)電裝機容量達到425GW,其中集中式光伏249GW,分布式光伏176GW。太陽能發(fā)電投資完成522億元,同比增長177.6%。一季度全國風電新增并網(wǎng)容量10.40GW,其中陸上風電9.89GW,海上風電0.51GW。截至一季度末,全國風電累計裝機達到376GW,同比增長11.8%,其中陸上風電345GW,海上風電30.89GW。風電投資完成約249億元,同比增長15%。
2023年1-4月電化學(xué)儲能投運項目共73個,裝機規(guī)模為2.523GW/5.037GWh,裝機功率較去年同期(374.4MW)同比增長577.1%。其中磷酸鐵鋰儲能項目高達69個,裝機規(guī)模為2.52GW/5.019GWh;液流電池儲能項目共4個,裝機規(guī)模為3.1MW/ 18.1MWh。
光伏電站和電化學(xué)儲能電站裝機容量在今年上半年均大幅增長,預(yù)計受政策激勵影響,接下來光儲系統(tǒng)還會保持較大增長,以滿足雙碳計劃的要求。
2. 光伏、儲能運維市場分析
在光伏、儲能行業(yè)飛速發(fā)展的同時,已建的光伏、風力發(fā)電站和儲能系統(tǒng)的監(jiān)控、運維管理項目的招標也非常多,2023年上半年,光伏電站開發(fā)企業(yè)運維招標規(guī)模28.6GW,同比增長204.3%,上述28.6GW招標項目中,目前公布中標結(jié)果的共計14.9GW,中標情況見表1。光伏代運維價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,價格也會有較大的差異,從表1可以看出運維至1.93元/年*kW。
同樣儲能電站的代運維價格波動也比較大,比如廣東電網(wǎng)能源投資有限公司發(fā)布2023年200MWh用戶側(cè)儲能項目設(shè)備及運維招標公告,運維服務(wù)價格為6元/年*kWh;克拉瑪依市600MW光伏配套120MW/240MWh儲能運維總承包開標價格為499元/年*kWh,運維包含光伏設(shè)備、儲能設(shè)備以及配套的箱變等電氣設(shè)備的運維。
光伏、儲能系統(tǒng)的代運維價格不高,而且考核壓力大,運維工作繁瑣,管理不當還存在安全風險,如果不采用合適的監(jiān)控系統(tǒng)來管理和運維,人力成本將會非常高,而且發(fā)電效率也難以掌控,這將會導(dǎo)致代運維公司無法盈利。在很長一段時間里,新能源電站的運維管理都是很“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人力的支撐。但這一過程并非沒有變化。通過各種技術(shù)手段升級,新
能源電站運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人力的依賴,怎樣提高管理效率。
1. 分布式光伏電站監(jiān)控及集中運維管理
光伏電站的運維對光伏電站的發(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)測是光伏電站運維中一個非常重要的部分,可以通過運維管理系統(tǒng)實時獲取光伏電站的各項數(shù)據(jù)指標,并通過這些數(shù)據(jù)指標來判斷電站的運行狀況和效率。在數(shù)據(jù)監(jiān)測方面,需要對光伏電站進行以下幾項檢測:首先,需要對電站的電壓、電流、功率等參數(shù)進行實時監(jiān)測,以了解光伏電站的實時工作狀態(tài)。其次,需要對光伏電站的溫濕度、太陽輻照度等環(huán)境因素進行監(jiān)測,以了解電站的運行環(huán)境情況。最后,需要對光伏電站的累計發(fā)電量、組件和逆變器的運行情況等進行檢測和分析,以便及時采取相應(yīng)的維護措施。GB/T 38946-2020《分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)集中運維技術(shù)規(guī)范》對分布式光伏電站運維以及集中運維主站、運維子站功能均作出明確要求。
1.1 相關(guān)標準
《分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)集中運維技術(shù)規(guī)范》GB/T 38946
《戶用分布式光伏發(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)遠程監(jiān)控技術(shù)規(guī)范》GB/T 34932
《光伏發(fā)電站設(shè)計規(guī)范》GB 50797
《分布式電源并網(wǎng)運行控制規(guī)范》GB/T 33592
《分布式電源接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》Q/GDW1480
1.2 系統(tǒng)構(gòu)成
集中運維系統(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)可參照圖1。
a)主站與子站間的通信可采用無線(GPRS/3G/4G)?公網(wǎng)?專網(wǎng)(專線/VPN加密鏈路)方式,宜采取相應(yīng)的信息安全防護措施;
b)主站與外部系統(tǒng)的通信滿足相應(yīng)系統(tǒng)的接入要求;
c)視頻信息不宜與監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸共用一個通道;
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。
運維子站可根據(jù)分布式光伏電站裝機容量、有/無人值班等情況設(shè)置,在無人值班的情況下當?shù)乜刹辉O(shè)置運維子站,數(shù)據(jù)直接通過數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)上傳運維主站。
1.1 光伏運維子站解決方案
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維子系統(tǒng)提供了解決方案,滿足GB/T 38946《分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)集中運維技術(shù)規(guī)范》中對運維子站的相關(guān)技術(shù)要求。
① 數(shù)據(jù)信號采集
(1)運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)每個并網(wǎng)點有功功率?無功功率?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)周圍環(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,存儲時間應(yīng)不少于7d?
(2)運維子站采集的狀態(tài)信號包括下列內(nèi)容:
a)分布式光伏發(fā)電公共連接點斷路器?隔離刀閘和接地刀閘位置?保護硬接點狀態(tài)以及遠方/就地控制等各種開關(guān)量信號;
b)分布式光伏發(fā)電每個并網(wǎng)點斷路器和隔離開關(guān)的位置信號?重合閘位置?保護動作及告警信號;
c)光伏逆變器運行狀態(tài)及告警信號;
d)分布式光伏發(fā)電主升壓變壓器分接頭擋位(當采用有載調(diào)壓變壓器);
e)光伏匯流箱保護動作及告警信號;
f)分布式光伏發(fā)電保護?安全自動裝置等設(shè)備狀態(tài),保護動作及告警信號,運行人員操作順序記錄信息?
① 數(shù)據(jù)信息處理
子站宜對所采集的實時信息進行數(shù)字濾波?有效性檢查?工程值轉(zhuǎn)換?信號接點抖動消除?刻度計算等加工?數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)可進行數(shù)據(jù)合理性檢查?異常數(shù)據(jù)分析?事件分類等處理,并支持常用的計算功能,支持對采集的各類原始數(shù)據(jù)和應(yīng)用數(shù)據(jù)分類存儲和管理?
1.1 光伏運維主站解決方案
安科瑞AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)能效管理平臺適用于分布式光伏電站的運維管理。GB/T 38946《分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)集中運維技術(shù)規(guī)范》中對集中運維主站的相關(guān)技術(shù)要求如下:
① 集中運行監(jiān)視宜具備以下功能:
a)基礎(chǔ)信息展示:基礎(chǔ)信息包括場站名稱?場站地理位置?場站容量?場站組件面積等;
b)電站實時監(jiān)視:具備主要測點的分時?分日?分月以及分年的數(shù)值展示圖表;
c)電站統(tǒng)計分析:具備主要性能參數(shù)的分時?分日?分月以及分年的數(shù)值展示圖表,主要性能指標包括系統(tǒng)PR?等效利用小時數(shù)等;
d)歷史信息查詢:逆變器?匯流箱?電度表?環(huán)境監(jiān)測儀?并網(wǎng)點?變壓器等設(shè)備監(jiān)測點的歷史數(shù)據(jù)查詢與導(dǎo)出;
e)單電站數(shù)據(jù)展示:直觀展示電站全年?各月的計劃完成情況?上網(wǎng)電量?綜合效率等統(tǒng)計指標;
f)多場站數(shù)據(jù)展示:對集團級的多電站計劃完成率?上網(wǎng)電量?綜合效率和資源分布等關(guān)鍵指標進行多角度?多維度的分析;
g)報表管理:根據(jù)需求選擇歷史數(shù)據(jù),生成不同格式和類型的報表;報表應(yīng)支持文件導(dǎo)出和打印等功能?
① 操作與控制宜具備以下功能:
a)支持對電站設(shè)備的操作與控制,包括遙控?遙調(diào)?人工置數(shù)?標識牌操作?閉鎖和解鎖等操作;
b)防誤閉鎖:支持多種類型自動防誤閉鎖功能,包括基于預(yù)定義規(guī)則的常規(guī)防誤閉鎖和基于拓撲分析的防誤閉鎖功能;操作指令宜經(jīng)過防誤驗證,并有出錯告警功能;
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,操作對象?操作內(nèi)容?操作時間?操作結(jié)果等,可供調(diào)閱和打印?
① 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)場所采集到的各設(shè)備故障類遙信信號上報至集中運維系統(tǒng)進行展示;
b)能夠記錄故障告警的發(fā)生時間?設(shè)備位置?最近操作記錄?故障狀態(tài)等信息;
c)能夠?qū)υ诩羞\維系統(tǒng)中展示出來的故障類遙信信號的信息進行基本操作,如刪除?信息修改?查詢;
d)能夠?qū)收闲畔⑴挪榻鉀Q完畢后對故障造成的損失進行評估;
e)能夠?qū)τ晒收细婢疤幹眠^程形成的故障案例進行分類管理,具備快速訪問和查詢的功能?