安科瑞电气股份有限公司

光伏储能电站运维研究与光储微电网能量管理系统

薛瑶瑶

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：目前，光伏储能电站已经成为电力能源可持续发展的重要组成部分，这是因为光伏储能电站大量采用太阳能光伏发电技术，对于可再生能源——太阳能的规划应用非常合理。但是，光伏输出功率本身在随机性、波动性方面表现较强，容易制约电站接入和输送光伏电力能源，所以光伏储能电站就应用到了储能技术，使用储能技术，降低弃光对于资源的浪费，大量建造配套储能项目，对于电力系统削峰填谷有着重要作用。文章解读了电化学光伏储能电站的内部组成与运行功能内容，重点研究了光伏储能电站的运维思路与运维流程，深入探索了解光伏储能电站运维可行性。

关键词：电化学光伏储能电站；运行功能内容；运维思路；运维流程；储能技术

0、前言

储能技术在削峰填谷、调频调压、电能质量治理以及负荷跟踪等功能应用上表现出色，其可以将光伏电站发电生产过程中的多余电能存储到系统设备电池中。另外，利用储能系统中削峰填谷后的峰谷电价差还能为电站创造更多经济效益，全面提高系统自身的调节能力。所以说，储能技术已经成为光伏储能电站中的核心技术，其储能系统为配置电力负荷储能分别建立了电源直流侧储能系统以及电源交流侧储能系统。

1、光伏储能电站中储能系统的内部组成与运行功能

光伏储能电站中储能系统包含两大分支系统，分别是电源直流侧储能系统以及电源交流侧储能系统，其运行功能各不相同。

（1）电源直流侧储能系统。主要安装于光伏储能电站中的直流系统中，其中设计了储能蓄电池组和光伏发电阵列，这一发电阵列能够在逆变器直流段直接参与调控操作。实际上，电源直流侧储能系统与蓄电池是共享一个逆变器的，充分利用了逆变器的充放电特性，而通过这一逆变器也能建立大功率跟踪系统MPPT，专门用于配合光伏输出操作，满足储能蓄电池的输出特性曲线变化要求。电源直流侧储能系统的前端直接与逆变器前端相连，能够保证蓄电池自动直流平衡调整到位，再配合光伏储能电站的内部调度，还可以实现对输出电能质量的有效优化，大限度控制输出波动增大情况，对提高光伏发电输出的平滑性与稳定性都有好处[1]。

（2）电源交流侧储能系统，被称之为单元型交流侧储能系统。该系统所采用的是单独充放电控制器与变流器（PCS），满足了蓄电池的充放电逆变技术应用要求，为电站内部提供站内储能系统技术支持。该系统主要能够结合电网需要建设独立运行的子光伏储能电站，脱离直流侧储能系统单独存在，拥有自主的电力调度能力，也可接受电网调度，在电源交流侧储能系统中，系统充放电全部交由智能化控制系统自动控制，可以不受到光伏储能电站总站调度控制影响。因为该系统拥有快速充电能力，在调度站外电网廉价低谷多余电力方面能力更强，通过调度多余电力满足系统运行基本要求。大体来讲，直流侧接入储能系统与交流侧接入储能系统二者在接入点上有所不同，前者是将系统储能部分直接接入到电站交流低压侧，与总站共享一个逆变器与变压器，而后者则能够形成一套独立完整的储能电站系统模式，将电流直接接入到高压电网中。目前，电化学光伏储能电站希望研究出一套能够实现直流侧与交流侧储能系统相互协调、相互控制的智能化控制调度系统。该调度系统在配置负荷侧储能方面能力较强，能够为电站中生产设备提供应急电源，甚至应用于某些特殊场合中，确保光伏储能电站设备系统生产运行高效率[2]。

2、电化学光伏储能电站的运维思路分析

根据电化学光伏储能电站的实际运维管理需求，需要明确运维管理思路，为全面开展光伏储能电站日常运维工作、通过各项技术考核奠定良好基础，使电站设备利用、效益达到大化。

2.1确定运维模式

电化学光伏储能电站需要首先确定自身运维模式，根据电站中不同的运行管理要求来提出运维模式及内容。在这一模式中会安排专业化的光伏储能电站运维管理人员、技术安全管理人员以及营销人员定期展开培训工作，学习光伏储能电站的运维管理知识内容，然后参与到对光伏储能电站设备的定期检修维护管理工作中，例如储能蓄电池定期测试、变流器定期维护等。

2.2提出运维管理内容

电化学光伏储能电站的运维管理内容相当丰富，其核心管理内容是围绕电站设备展开的。要为光伏储能设备设计运行参数、发电量、电网调度指令计算分析与统计方案，同时在日常做好对设备状态的巡视检查工作，深入检查电池组件以及支架，了解设备的完好程度以及污染程度，再者就是检查所有储能设备的实际运行情况。简言之，就是要根据电网调度指令以及检修工作要求来分析储能设备充放电控制。

2.2.1对电化学光伏储能电站的日常运行监视管理

电化学光伏储能电站的日常运行监视管理工作非常重要，需要监管人员能够按时收听、记录地方气象数据，进行功率预测，为光伏储能电站提出安全运行事故预想以及对策方案。具体来讲，就是要在每天定时利用计算机系统监控储能设备各项参数指标变化情况，保证做到储能设备连续监视，根据设备生产变化情况做出合理分析，同时在运行日志上写明原因，实现故障记录与统计到位。当然，光伏储能电站还会对储能设备进行周期性巡查以及异常状况巡查。周期性巡查即定期巡视，要求运维人员对储能设备如升压变、变流器PCS、储能电池箱、电池簇、电池组等展开巡回检查，在发现缺陷后及时处理，并将处理数据结果全部记录在缺陷记录簿上。而在异常状况巡查工作中，则要求运维人员对电站外部异常气象情况进行观察分析，同时兼顾了解储能设备的运行状态。一般来说，在针对某些刚投入运行的新设备须适当增加巡回检查次数，丰富巡回检查内容。

2.2.2对光伏储能电站的检查维护

针对光伏储能电站的检查维护工作即储能设备巡检，这一巡检管理工作内容包括了对变压器、断路器、汇流箱、逆变器、变流器PCS、互感器、母线、保护装置、计算机监控系统以及直流、交流系统、储能电池的巡视检查。一般情况下，其巡视检查周期拥有多个标准，如果是全新投入试运行的储能设备需要做到每相隔2h检查一次；当储能设备转入常规生产运行状态后，需要在交接班班中检查一次；而如果储能设备发生可燃气体超标事故后，需要每相隔30min检查一次并做好故障数据记录，必要时将储能系统停机；另外，如果发生开关跳闸事故也要进行故障检查维护。就年检制度而言，须保证每年展开一次“年度常规检修维护”活动，且同时也要做到每5a停电彻底检修维护一次。

（1）对断路器的检查维护。在巡视检查储能设备过程中要明确多点注意事项，例如须在不停电状态下做好日常巡检工作，提高巡检工作力度。而如果出现了高压断路器合闸送电问题还须做好提前检查，对各个设备进行例行检查，确保万无一失。像避雷器、互感器、电力电缆这样的损耗元件须做到每2~3个月巡查一次。再者就是要控制断路器压力，因为压力降低是断路器的一大问题，所以要定期对断路器的报警回路进行检查，一方面是为了规避SF6气体短期的压力补充未达到额定值问题，同时避免报警回路出现报警不正常情况，另一方面也是为了及早发现断路器易漏位置。例如，压力表连接管、充气嘴、法兰连接面、密封底座等都要设置报警回路装置通常情况下要将断路器的年漏气率控制在1%以内，如果设备本身出现密封损坏故障问题，除做好常规补救措施外，还要调节断路器的额定工作压力，保证其闭锁工作压力在0.45±0.015MPa范围以内。就是控制湿度，SF6气体虽然拥有绝缘性，但会受到湿度影响，所以断路器中SF6气体湿度增加甚至超标时，可能会导致其瓷瓶内表面的闪络现象发生，增加断路器事故发生可能性。另外，空气中的水分也会与SF6气体产生化学反应，降低其绝缘强度，同时形成的高腐蚀性化学物质，腐蚀设备外壳。为解决这一问题，可以为断路器安装加热式驱潮器，提高温度的同时也降低湿度，保证断路器始终处于正常运行状态。另外就是检查触头电磨损量，观察超行程指示器，检查其超行程状态是否正常，大致判断触头电磨损量情况，如果不符合要求需要重新调整触头，确保触头接触压力稳定，避免其寿命缩短。

（2）对储能交、直流箱外部区域的维护。在光伏储能电站中，针对储能系统中储能交、直流箱体的检查维护工作须执行到位。要确保电池舱中的空调进出口通风状态保持良好，建立无杂物堵塞机制，有效消除火灾隐患问题。当然，在分析储能电池舱裸露在外的安全性时，需要结合气候、环境影响等因素，确保舱内设备有效优化，满足光伏储能电站安全稳定运行要求。另外，也要定期检查箱体内外部的锈蚀变形状况，分析基础、接地状态是否良好。比如，如果在沙尘环境较大的地区，就须视情况清洁运行设备舱进出风口，确保设备内部冷却空气进入到位。与此同时，为保持设备稳定运行，对过滤网的定期清洁必要时进行更换。在设备运行过程中，需要对检测系统上各个装置如高频开关电源模块、微机控制单元、绝缘检测装置、电池循环检测装置等显示参数进行分析，确保系统交直流电压、电流以及对接地电阻有效调整。在这一过程中，还要建立定期检查系统，分析装置中的参数定值变化是否正常，同时要检测不同馈出开关的正常位置，观察熔断器是否处于正常工作状态中。在储能点出充、放电过程中，需要巡视变流器、直流输出开关位置是否处于正常状态，定期检查各储电池组电充、放电流值。与此同时，也要定期检查储能电池组端的电压与舱内环境温度，重点检查每个电池插箱内电芯的运行数据，如温度、电压、电流等。

（3）对箱式储能装置内部区域的维护。在光伏储能电站中，针对箱式储能电池内部的检查维护工作须做到细致入微。要分析了解箱式储能电池内部的主要结构，对其与储能变流器之间的连接完整性进行检查分析。检查维护工作中要充分观察、了解箱式储能装置中是否存在任何异物、灰尘、污垢或冷凝水，主要是重点观察电池插箱外观是否存在腐蚀、漏液、虚接等现象。在储能设备长时间投运过程中，需要确保做到至少每3个月对电池进行充放电一次，始终保持储能电池寿命处于较为良好的状态中。另外针对舱内的控制设备、电池管理系统BMS以及能量管理系统EMS分析过程中，须确保其设备运行安全可靠，同时确保线缆、光纤通信固定到位，始终保持UPS电源处于正常状态，有效监控电池的运行状态。目前储能消防多使用C3HF7作为灭火剂的消防系统，在定期对箱内消防系统进行有效检查过程中，需要保证储能系统消防系统运行良好，温度测点及复合型烟雾测试数据正常。另外就是要检查储罐的压力是否正常运行范围，打开阀门保险，系统有效连接，确保消防触发时系统始终有效动作，同时设置好故障告警提示。

（4）对储能变流器（PCS）装置的维护。在讨论储能变流器的维护工作过程中，需要了解其充放电控制水平，了解变流器检查维护机制，保证变流器能够展开周期性检查维护，确保设备处于安全可靠工作状态中。在针对系统进行周期性维护过程中，须强化变流器的运行可靠性，通过检查维护来进行深入观察、充分了解变流器可能出现的锈蚀、积灰情况。要合理检查储能变流器的散热环境情况，保证散热条件始终良好。如果储能设备中变流器散热水平不佳，则需要结合运行过程振动分析明显存在的异常噪声问题，避免其严重影响储能设备的正常运行状态。再一点，还需要对变流器中的电抗器与功能模块、散热器等进行针对检查，具体来讲就是结合设备运行温度、电气数据来深度分析变流器可能出现的各种异常状况，做好断电检查，定期维护。而针对变流器的定期检查也是必不可少的，保证针对交流输出侧分析断路器断开后的变流器电网馈电情况，合理分析这一状况，保证变流器中直流母线电容温度不会过高。电容温度过高可能会造成电感过温，有时柜门不严密，导致进、出风量不足，也会造成变流器过温运行。结合变流器电气运行参数，故障信息，就能有效发现变流器的各类故障，并有效判断储能变流器PCS装置的运行状况，提升变流器的可靠性及稳定性。

3、Acrel-2000MG微电网能量管理系统概述

3.1概述

Acrel-2000MG微电网能量管理系统，是我司根据新型电力系统下微电网监控系统与微电网能量管理系统的要求，总结国内外的研究和生产的经验，专门研制出的企业微电网能量管理系统。本系统满足光伏系统、风力发电、储能系统以及充电桩的接入，全天候进行数据采集分析，直接监视光伏、风能、储能系统、充电桩运行状态及健康状况，是一个集监控系统、能量管理为一体的管理系统。该系统在安全稳定的基础上以经济优化运行为目标，促进可再生能源应用，提高电网运行稳定性、补偿负荷波动；有效实现用户侧的需求管理、消除昼夜峰谷差、平滑负荷，提高电力设备运行效率、降低供电成本。为企业微电网能量管理提供安全、可靠、经济运行提供了全新的解决方案。

微电网能量管理系统应采用分层分布式结构，整个能量管理系统在物理上分为三个层：设备层、网络通信层和站控层。站级通信网络采用标准以太网及TCP/IP通信协议，物理媒介可以为光纤、网线、屏蔽双绞线等。系统支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信规约。

3.2技术标准

本方案遵循的标准有：

本技术规范书提供的设备应满足以下规定、法规和行业标准：

GB/T26802.1-2011工业控制计算机系统通用规范1部分：通用要求

GB/T26806.2-2011工业控制计算机系统工业控制计算机基本平台2部分：性能评定方法

GB/T26802.5-2011工业控制计算机系统通用规范5部分：场地安全要求

GB/T26802.6-2011工业控制计算机系统通用规范6部分：验收大纲

GB/T2887-2011计算机场地通用规范

GB/T20270-2006信息安全技术网络基础安全技术要求

GB50174-2018电子信息系统机房设计规范

DL/T634.5101远动设备及系统5-101部分:传输规约基本远动任务配套标准

DL/T634.5104远动设备及系统5-104部分:传输规约采用标准传输协议子集的IEC60870-5-网络访问101

GB/T33589-2017微电网接入电力系统技术规定

GB/T36274-2018微电网能量管理系统技术规范

GB/T51341-2018微电网工程设计标准

GB/T36270-2018微电网监控系统技术规范

DL/T1864-2018独立型微电网监控系统技术规范

T/CEC182-2018微电网并网调度运行规范

T/CEC150-2018低压微电网并网一体化装置技术规范

T/CEC151-2018并网型交直流混合微电网运行与控制技术规范

T/CEC152-2018并网型微电网需求响应技术要求

T/CEC153-2018并网型微电网负荷管理技术导则

T/CEC182-2018微电网并网调度运行规范

T/CEC5005-2018微电网工程设计规范

NB/T10148-2019微电网1部分：微电网规划设计导则

NB/T10149-2019微电网2部分：微电网运行导则

3.3适用场合

系统可应用于城市、高速公路、工业园区、工商业区、居民区、智能建筑、海岛、无电地区可再生能源系统监控和能量管理需求。

3.4型号说明

3.5系统配置

3.5.1系统架构

本平台采用分层分布式结构进行设计，即站控层、网络层和设备层，详细拓扑结构如下：

图1典型微电网能量管理系统组网方式

3.6系统功能

3.6.1实时监测

微电网能量管理系统人机界面友好，应能够以系统一次电气图的形式直观显示各电气回路的运行状态，实时监测各回路电压、电流、功率、功率因数等电参数信息，动态监视各回路断路器、隔离开关等合、分闸状态及有关故障、告警等信号。其中，各子系统回路电参量主要有：三相电流、三相电压、总有功功率、总无功功率、总功率因数、频率和正向有功电能累计值；状态参数主要有：开关状态、断路器故障脱扣告警等。

系统应可以对分布式电源、储能系统进行发电管理，使管理人员实时掌握发电单元的出力信息、收益信息、储能荷电状态及发电单元与储能单元运行功率设置等。

系统应可以对储能系统进行状态管理，能够根据储能系统的荷电状态进行及时告警，并支持定期的电池维护。

微电网能量管理系统的监控系统界面包括系统主界面，包含微电网光伏、风电、储能、充电桩及总体负荷组成情况，包括收益信息、天气信息、节能减排信息、功率信息、电量信息、电压电流情况等。根据不同的需求，也可将充电，储能及光伏系统信息进行显示。

图2系统主界面

子界面主要包括系统主接线图、光伏信息、风电信息、储能信息、充电桩信息、通讯状况及一些统计列表等。

3.6.1.1光伏界面

4、结语语

目前，各种新能源项目遍地开花，新能源项目配套储能设备已成为主流。对于光伏储能电站来说，各种储能设备种类丰富，电化学储能设备也已日益更新，因此在针对电站的电化学储能设备运维管理方面须做到面面俱到，在深入了解设备基本功能特性基础上展开针对性运维管理操作，避免造成锂电池热失控事故的发生。文章也希望借此深入研究了解电化学光伏储能电站，建立其运维管理工作体系，为光伏电力事业良性可持续发展作出应有贡献。

参考文献

[1]朱寰，刘国静，张兴，等.天然气发电与电池储能调峰政策及经济性对比[J].储能科学与技术，2021，10（6）：2392-2402.

[2]李晟，朱军峰.光伏电站加权度电成本评价指标的分析及探讨[J].太阳能，2021（1）：18-22.

[3]马世新.光伏储能电站运维研究[A].电力系统，2023（5）

[4]安科瑞企业微电网设计与应用设计,2022,05