安科瑞 劉邁

　　摘要：2021年9月，發改委印發《完善能源消費強度和總量雙控制度方案》，提出鼓勵可再生能源的使用，支持可再生能源發展。在這樣的政策推動下，光伏發電市場無疑將迎來高質量發展的新機遇。現結合山東博物館光伏電站日常管理的工作經驗以及其他項目的調研情況，剖析電站運維過程中的幾點突出問題并給予解決建議，希望能提升電站運營質量，推動我國太陽能發電事業健康發展。

　　關鍵詞：文化公益場館；分布式光伏；并網發電系統；運維管理

　　0引言

　　2021年9月，發改委印發了《完善能源消費強度和總量雙控制度方案》，提出到2035年，能源資源優化配置、*面節約制度將更加成熟和定型。《山東省能源發展“十四五"規劃》明確提出，“十四五"期間，山東省將實施可再生能源倍增行動，推進工業廠房、商業樓宇、公共建筑、居民住宅等屋頂光伏建設，優先發展“自發自用"分布式光伏。在這樣的政策推動下，光伏發電市場將迎來高質量發展的新機遇。

　　山東博物館太陽能光伏并網發電系統位于博物館頂層，有效實施區域面積約7000m2，光伏矩陣采用標準功率為180Wp的多晶硅光伏組件，共計39組2500塊，總裝機容量429kWp。項目于2010年7月建成投入使用，截至目前已持續運行11年。結合電站日常管理的工作經驗以及其他項目的調研情況，本文將探討光伏電站日常運維過程中需要注意的幾點問題，為完善文化公益場館光伏發電運營體系助力。

　　1并網光伏電站運維過程中的突出問題

　　1.1設計缺乏統籌性、前瞻性

　　在分布式光伏發電系統現有水平的基礎上，設計時應綜合考慮方案實施的實際條件，如硬件設施、工作環境等，以發展的眼光規劃電站建設，既方便日常維護管理，又具備接駁未來技術的能力。在山東博物館逆變器工作的11年內，除日常維護外，機房內的設備工作正常，室外則已大修兩次。事實證明，逆變器根據太陽能電池板的單元劃分散布在場區內，位置設計不合理將給人員日常巡檢帶來不便；室外環境惡劣，風沙、灰塵、水汽等容易進入逆變器，如不采取有效防護措施，容易引發內部電路故障；設備選型更換不匹配、不兼容，會影響系統發電效率，給電網的安全與穩定運行帶來隱患。

　　1.2生產和技術服務水平參差不齊

　　現階段，我國太陽能光伏發電已經步入商業化應用階段。光伏產品生產方面，市場供應商良莠不齊，產品質量波動大；技術服務方面，運維單位綜合實力薄弱，人員的專業技能水平參差不齊，*終導致光伏電站在運維管理中暴露出各種各樣的問題。光伏電站建設初期，方案設計疏忽、設備質量缺陷、施工質量差等問題給電站的后期運維帶來嚴峻挑戰；日常管理中，電站工程師對于光伏產業了解不細致，職業素養低下，實操經驗匱乏，電站時常因操作不當而引發技術故障，或者因監測不到位而無法準確判斷并消除故障，影響光伏發電系統的正常運行。

　　1.3業主和維保單位權責劃分不清、管理混亂

　　良好的運維管理制度是保證電站穩定運行的基礎，扎實有效地執行制度則是電站正常運行的可靠保障。光伏電站運維管理制度，主要是明確電站在運行維保方面的管理細節，明確業主和維保單位在電站管理中的工作職責和處理權限。但是，當前光伏電站運行管理中確實存在權責不清、管理混亂的現象：單位部門間的管理界面模糊不清甚至留有管理空白，制度權責不完善、不明晰，導致業主和維保雙方產生消*怠工的態度，在電站運行、數據管理和維護保養等方面相互扯皮；有的電站雖然制定了較為完善的運維管理制度，但在人員落實方面存在缺位錯位，懶散現象時有發生。

　　1.4資產激勵策略不健全

　　長期以來，國有資產的管理研究習慣側重于資產顯性的投資收益，而隱性的、內在的資產收益研究一直未引起足夠的重視。可再生能源開發利用作為科室的主管經費項目，在單位主體申報財政預算時，往往被納入整體運行經費中，沒有體現其突出的重要性，導致資產管理經常出現諸如績效考核目標不清晰、重使用輕管理、經費被擠占、產出效益不高等現象。針對以營利為目的的光伏電站，人們從投資者的角度完成了其運作模式、管理機制、政策支持等投資策略的全過程研究，而“自產自用"模式下潛在的能源節約，也應當及時撥付運維資金，積*探索可持續發展的資產激勵策略。

　　2并網光伏電站運維管理建議

　　2.1優化系統設計方案

　　文化場館設施平層面積大，屋面無遮擋，平面鋪開優勢明顯，適合采用屋頂分布式光伏發電系統。新建場館建筑與光伏發電系統應統一規劃設計，建筑外型協調美觀、供用電系統安全可靠；在既有建筑物上實施光伏建筑附加（BAPV）工程時也要綜合考慮結構改造和電氣安全性。

　　根據光伏電站的實際工況，太陽能機房宜設置在建筑屋頂或頂層，控制設備集中管理，優化線路敷設方案，降低線路能耗，減少故障點。

　　逆變器作為光伏發電系統的關鍵設備，其內部有電容、顯示屏等電子元件，不耐高溫，宜集中安裝于屋面或頂層的機房內，遮陰避雨、防塵防濕、通風散熱良好；安裝位置兼顧網點、組件兩者的距離，靠近網點則節約投資成本，靠近組件則電纜損耗低、施工方便。電池方陣的支架基座多采用現澆混凝土方式建設，澆筑過程中，建議添加適量的防水混合劑到混凝土內，與屋面防水系統共同設計、集中施工，杜絕出現屋面雨水滲漏問題。

　　2.2選擇質優價廉的光伏產品和技術服務

　　經過十多年的發展，我國光伏制造業已實現本土化生產，產業化技術水平和體系建設達到了高水平，多晶硅材料、電池板組件、逆變器等生產成本下降明顯。巨大的市場發展前景也引發了行業思考：如何甄別眾多光伏產品的良莠，保證電站運營的壽命與品質。

　　光伏電站的全壽命周期長達二十余年，關鍵設備的品牌選擇和*質的技術服務是決定電站收益的關鍵因素。由于技術的排他性，買方單位應慎重選擇品牌，以明確的標準對龐大的光伏市場進行篩選，綜合考察品牌影響力、科研實力和企業發展潛力等，選擇合作意向目標。以市場導向為主線，兼顧成本控制和性能提升，優先選擇擁有強大技術支撐和研發投入，在產品質量上不斷提高的品牌企業作為長期戰略合作伙伴。

　　影響分布式光伏電站發電量的關鍵因素是系統效率，系統組件的選擇或更換要遵循規范要求，以逆變器為單元劃分子系統，接入系統的組件電性能參數要盡可能一致。對于太陽能電池板之類的核心產品要注重光電轉換效率，而對于質量技術相對成熟的逆變器、變壓器、匯流箱、線纜等設備，在滿足設計參數的范圍內優先選擇性價比高的產品。

　　2.3制定詳實可行的管理方案并執行

　　文化單位要定期組織學習新能源相關政策，緊跟光伏發電產業的發展步伐，制定符合自身場館特點的運行、維護和檢修等中長期規劃，做好電站營運管理工作。

　　制定詳實可行的管理方案，根本任務是保持國有資產的安全完整，不僅要重視約束維保單位，確保運維質量，更要明確產權單位自身的責任和義務，強化職員監督管理的積極性和責任心。對于電站的整體管理與維護，近十年相繼出臺了多項標準規范，細化巡檢周期、維護規則，規范電站信息化管理。

　　光伏電站的正常運行，定期維護工作。維保單位要分析電站服役工況，檢查設備是否帶病運轉，準確查找故障原因，判定故障點位。要留意匯流箱、配電柜等箱體內是否有積塵雜物、觸點松動等，檢查線纜老化問題，掌握電池板熱斑現象及逆變器元器件工作情況。在進行維護與管理的同時，注意記錄電站的實時運行數據，如天氣條件、發電時間、發電量、負荷情況、設備不良故障等[2]。詳實可靠的運維記錄是判定系統工作是否正常的基本依據，有助于系統故障預判，從而及時制訂處理預案。

　　2.4完善資產激勵和效能評價體系

　　目前，我國對公共建筑能效提升的激勵手段主要為財政補貼[3]。“十四五"期間，光伏發電將*面實現無補貼平價上網，相應的財政補貼政策陸續停止，公共建筑節能降耗將面臨著激勵不足等問題[3]。如何讓光伏發電保增值，確定科學的資產激勵方案迫在眉睫。

　　資產激勵，大部分產權單位側重于設備的維護責任，強調安全可靠，而諸如光伏發電等利用可再生能源進行節能降耗的資產具有隱性產出的特點，設備收益極易被忽視。

　　資產激勵的對象主要是產權單位。一方面，應注重資產的保*性，防止資產流失。公益類事業單位的經費主要來源于公共財政，決策經費的分配比例時，應留意開發利用可再生能源項目的資金申請，將節能降耗項目的經費單獨列支，優先予以保證，充足的運維資金是項目*值運行的前提條件。另一方面，要維持資產的增值性，確保持久穩定的經濟效益。對于有條件、有能力開展碳中和的文化公益場館，將節能降耗作為主評項或者加分項納入單位的年度績效考核計劃中，制定科學的績效激勵標準，量化測評指標，用好獎懲項，提升資產激勵的導向性，促進可再生能源在公共建筑中的應用廣度和深度。

　　文化場館具有建筑體量大、能耗強度高的特點，采用光伏發電系統能夠實現“自產自用"，減輕負荷用電的部分壓力。在健全的政策激勵下，產權單位能夠從光伏發電系統的運維實況中獲取準確的反饋信息，查找客觀事實與設計初衷的差距，得出正反兩面的經驗教訓，形成項目效能評估報告，凸顯設備隱性的經濟效益。效能評價對運維方案的完整性和系統性具有重要的意義，有益于業主全*位剖析管理方案，調動和提高人員的工作積極性和職責意識，不斷改進設計理念和節能技術；有效推動運維企業提高服務質量，規范員工的工作行為，避免出現權責不清、管理混亂的局面，將光伏發電系統的經濟社會效益發揮到*佳。

　　3Acrel-2000MG充電站微電網能量管理系統

　　3.1平臺概述

　　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、儲能系統以及充電站的接入，*進行數據采集分析，直接監視光伏、風能、儲能系統、充電站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平臺適用場合

　　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。

　　3.3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：

圖1典型微電網能量管理系統組網方式

　　4充電站微電網能量管理系統解決方案

　　4.1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，實時監測光伏、風電、儲能、充電站等各回路電壓、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：相電壓、線電壓、三相電流、有功/無功功率、視在功率、功率因數、頻率、有功/無功電度、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、充電站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1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、充電站信息、通訊狀況及一些統計列表等。

　　4.1.1光伏界面

圖2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。

　　4.1.2儲能界面

圖3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4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5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6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7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8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9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10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11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，并展示當前電芯的電壓、溫度值及所對應的位置。

　　4.1.3風電界面

圖12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。

　　4.1.4充電站界面

圖13充電站界面

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

　　4.1.5視頻監控界面

圖14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。

　　4.1.6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15光伏預測界面

　　4.1.7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、防逆流、有序充電、動態擴容等。

　　具體策略根據項目實際情況（如儲能柜數量、負載功率、光伏系統能力等）進行接口適配和策略調整，同時支持定制化需求。

圖16策略配置界面

　　4.1.8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、尖峰平谷時段電量等。

圖17運行報表

　　4.1.9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18實時告警

　　4.1.10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19歷史事件查詢

　　4.1.11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、*值、*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20微電網系統電能質量界面

　　4.1.12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21遙控功能

　　4.1.13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。

圖22曲線查詢

　　4.1.14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發電、用電、充放電情況，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23統計報表

　　4.1.15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24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。

　　4.1.16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。

圖25通信管理

　　4.1.17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。

圖26用戶權限

　　4.1.18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。

圖27故障錄波

　　4.1.19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隨意修改。

4.2硬件及其配套產品

　　5結束語

　　可再生能源發展“十四五"規劃重點指出，要充分發揮可再生能源成本競爭優勢，堅持市場化方向，優先發展、優先利用可再生能源。光伏產業作為我國能源產業升級的新增長點，開展分布式光伏發電系統運維工作的研究將為其規模化管理提供有力的技術保障，相關部門要加強管理，提升電站運營質量，推動我國太陽能發電事業健康發展。

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