安科瑞基于大数据的分布式光伏储能一体化电能质量分析

安科瑞 刘迈

　　摘要：在双碳目标与数字新型电网同步推进的背景下，分布式光伏、用户侧储能大规模并网，电网电能质量管控迎来全新挑战。为充分挖掘光伏储能场站海量运行监测数据，本文融合安科瑞成套监测保护硬件，构建一套适配光储系统的大数据分析挖掘方案。依托光伏储能现场实测运行数据，搭建数据分析算法与多维可视化模型，从故障类型、多时间尺度开展分层统计分析，量化光储并网点电能质量故障分布特征，深挖功率波动诱发故障内在机理。实例验证表明，本文融合成套电力监测设备的大数据分析体系可完整挖掘分布式光储电网运行规律、故障演化特征，为分布式光伏储能场站智能运维、电网高质量稳定供电提供完整软硬件一体化技术支撑。

　　关键词：分布式光伏；用户侧储能；电能质量；大数据挖掘；可视化监测；安科瑞成套监控保护设备

　　1 引言

　　1.1 行业发展现状

　　在能源转型政策驱动下，光伏、电化学储能等分布式电源装机规模持续高速增长。国家能源局公开数据显示，截至2023年上半年，国内可再生能源总装机占全部发电装机48.8%；2022年国内新增光伏发电装机中，分布式光伏装机规模超过集中式光伏，工业园区、厂房屋顶、水利、高速服务区、矿区等场景分布式光储项目铺开，用户侧储能配套建设需求持续攀升。

　　分布式光伏、储能装置直接接入用户侧配电网，改变传统配电网单向潮流结构。光伏出力受光照间歇性影响存在剧烈波动，储能充放电双向功率变换进一步加剧电压波动、谐波、三相不平衡、闪变等电能质量问题，易引发线路过载、调压困难、设备损坏，医院、工业制造、半导体等高可靠负荷对供电品质要求严苛，光储并网电能质量管控压力持续加大。

　　现有研究多聚焦单一光伏系统优化配置、储能平抑波动算法，或单纯研究电能质量治理理论，缺少硬件监测设备 + 大数据分析平台一体化落地方案。市面上成套光伏储能监控、继电保护、电能监测、防逆流、防孤岛装置已形成标准化产品，但如何将海量设备采集的实时电参量、故障告警、环境数据联动挖掘，尚未形成成熟落地体系。传统分析手段仅单一指标超限判断，无法从日、周、月多时间维度，分故障类型溯源定位问题根源，难以支撑场站长期智能化运维。

　　1.2 现有研究不足

　　现有电力大数据相关研究存在明显短板：部分文献仅构建神经网络预测模型，缺少故障定位能力；多数数据挖掘算法通用性差，未适配光储双向功率运行特性；部分扰动监测框架仅理论搭建，无现场采集硬件支撑；同时，行业缺少将成套保护测控设备采集数据与多维可视化分析结合的完整方案。

　　2 工程实例应用与数据预处理

　　2.1 项目基础概况

　　选取某工业园区 10kV 分布式光储示范项目作为分析对象，项目含分布式光伏总装机 31.26MW，配套储能 17.25MW/33.5MWh，共 6 个 10kV 并网点，全部配置安科瑞全套光伏储能监控、保护、电能质量监测设备。

　　原始数据源来自 Acrel-1000DP 光伏监控平台、储能 EMS 系统、各并网点 APView500 电能质量装置、AM 系列保护装置存储历史数据，记录逐小时三相电压、电流、有功无功、谐波畸变、闪变数值、储能充放电功率、各类保护动作记录。

　　电能质量判定严格遵循现行国家标准：GB/T12325 供电电压偏差、GB/T12326 电压波动和闪变、GB/T14549 公用电网谐波、GB/T15543 三相不平衡、GB/T15945 频率偏差、分布式电源接入 Q/GDW1480 标准。

　　故障数据统计统一规则：

　　任一指标超出国标限值即判定该条记录电能质量故障；

　　单小时内任意一相闪变超标、不平衡超限，记为对应故障小时；同一小时多种指标超限，仅计 1 个故障小时；

　　单日只要发生任意一次故障，计为故障天，不重复叠加；

　　12:00-18:00 光照充足、光伏满发、储能频繁调节时段单独统计故障，区分发电高峰与夜间低谷故障差异；

　　储能逆功率、孤岛保护动作单独归类新增故障统计项。

　　2.2 基础故障统计结果

　　3 多维可视化数据分析结果

　　依托安科瑞监控平台导出标准化数据集，从并网点整体故障率、时间分层、故障类型三个维度开展量化分析。

　　3.1 各并网点整体故障率分析

　　故障小时率 = 并网点总故障小时 ÷ 对应总统计小时。计算得出：1# 并网点故障率仅 0.68%，工况较好；2# 至 5# 并网点故障率全部超过 10%；6# 并网点故障率高达 67.80%，为全项目电能质量垫底点位。

　　差异根源：6# 并网点光伏装机集中，配套储能容量偏小，无充足调峰能力，光照突变时功率剧烈波动，闪变、逆功率故障频发；1# 并网点储能配比充足，AM5SE 防逆流装置实时调节逆变器出力，大幅降低超限概率。

　　3.2 多时间尺度故障分布规律

　　周尺度分布

　　计算一周七天平均故障占比，周二平均故障率 13.64%，周四 16.51%，一周内每日故障概率差值较小，说明光照周周期波动对故障影响弱于日内光照变化。

　　月度分布

　　5 月全并网点平均故障占比 51.6%，6 月、7 月故障大幅抬升，7 月均值 72.9% 为全年峰值，8 月小幅回落。夏季光照强度大、午间出力峰值高，储能频繁充放电调节，闪变、电压越限故障集中爆发。整体月度合格供电天数不足一半，光储协同调压能力存在明显短板。

　　午间发电高峰（12:00-18:00）专项分析

　　全部 6 个并网点午间故障天数占自身总故障天数比例均超 70%，2#、4# 并网点该时段故障全覆盖。正午时段光伏出力峰值、云层遮挡带来功率骤升骤降，储能双向功率变换叠加放大电压波动，是电能质量故障核心高发时段。

　　3.3 各类故障占比量化分析

　　汇总 6 个并网点全部故障小时，归一化计算各类故障平均占比：

短闪变故障：58.00%，一大类故障；

　　长闪变故障：24.28%，两类闪变合计 82.28%，为项目核心电能质量问题；

　　频率偏差故障：7.36%；

　　三相电压不平衡：5.27%；

　　电压总谐波畸变：5.09%；

　　新增逆功率故障分散于 2~6# 并网点，在多厂区自发自用、余电不上网场景下占比持续上升。

　　故障机理溯源：光伏出力受光照间歇性影响，输出功率瞬时大幅起伏，直接诱发电压闪变；储能 PCS 高频双向变换产生谐波分量；多厂区负荷不均衡带来三相不平衡；负荷低谷时光伏出力无法就地消纳，产生逆功率，触发防逆流保护动作。

　　4 项目现存电能质量问题与优化方案

　　4.1 现存核心问题

　　整体故障率偏高，并网点故障小时率至大接近 68%，夏季月度超七成天数存在电能质量超限，配网供电稳定性不足；

　　故障类型高度集中于电压闪变，光伏间歇性出力是根本诱因，储能调峰容量配置不足加剧波动；

　　故障时段高度集中在午间光伏大发区间，缺少实时协同调压、功率控制手段；

　　多并网点自发自用场景逆功率故障频发，无精细化柔性调节策略，仅依靠保护硬跳闸，影响发电收益。

　　4.2 配套软硬件优化措施（结合安科瑞成套设备）

　　基于上述现状，本文结合安科瑞 Acrel-1000DP 光伏监控系统、储能 EMS 监控平台、系列保护测控、电能质量监测硬件，设计全流程电力大数据分析架构，依托 10kV 分布式光储示范项目实测数据，完成多维度故障统计、可视化溯源分析，总结光储并网典型电能质量问题与成因。

　　本文搭建的大数据分析流程分为三层：现场设备数据采集层、数据清洗整合层、多维可视化分析层，完整链路适配分布式光伏、储能场站全套监测硬件采集数据。

　　硬件增补优化

　　故障严重的 3#、5#、6# 并网点新增 APView500 高精度电能质量监测装置，加密闪变、谐波采样频次；扩容 AM5SE-PVM 主从式防逆流系统，多点位实时采集进线功率，柔性下发逆变器出力调节指令，替代直接跳闸。

　　储能协同控制升级

　　依托 Acrel-2000MG 储能 EMS 平台优化 AGC/AVC 调节逻辑，午间光照峰值时段储能主动吸收多余有功，平抑电压波动；接入光功率预测系统，提前 15min 预判出力突变，预调整储能充放电功率。

　　大数据预警功能开发

　　在现有监控平台内置本文挖掘算法，基于历史故障数据建立预测模型，当光照、出力指标接近故障阈值提前告警，运维人员提前介入调节；按并网点、故障类型自动生成月度电能质量分析报表。

　　保护定值精细化整定

　　依据大数据统计的故障波动区间，重新整定防孤岛、频率电压紧急控制、线路保护装置动作定值，减少光照短时波动造成保护误动作，兼顾安全与发电效率。

　　5 光伏储能一体化大数据分析整体架构

图9 光伏应用场景一次系统图

　　5.1 数据采集层（安科瑞成套硬件采集体系）

　　采集层覆盖光伏阵列、逆变器、升压箱变、储能 PCS、10kV/0.4kV 并网点全部测点，配套硬件包含：

　　电能质量在线监测装置

　　APView500、APView400 两类 A 类监测设备，部署于各公共并网点，持续采集 2~63 次谐波、电压闪变、三相不平衡、电压 / 频率偏差、直流分量，实时存储超限事件原始数据，满足 GB/T19862 标准要求。

图10 APView500电能质量在线监测装置

　　继电保护与安全自动装置

　　AM5SE 系列线路、电容器、配电变保护测控装置，采集线路过流、零序、过压、过载告警数据；

　　AM5SE-IS 防孤岛保护装置、AM3-I 低压防孤岛装置，记录孤岛扰动、失压、频率突变事件；

图11 防孤岛装置

　　AM5SE-FE 频率电压紧急控制装置，采集高低频、高低压解列、减载动作记录；

　　AM5SE-PVM/PVS 主从式防逆流保护装置，多并网点场景采集逆功率、低功率调节、跳闸事件。

　　箱变与储能测控装置

　　AM6-PW、AM6-PWC 三合一箱变测控设备，采集逆变器交直流功率、箱变高低压侧电参量、设备温度、开关位置；储能升压变配套同款测控硬件，同步采集 PCS 充放电功率、电池舱告警。

图12 AM6-PWC三合一箱变测控设备

　　场站综合采集终端

　　ANet 系列通讯网关、APM 多功能电力仪表、环境监测仪、无线测温装置，采集厂区负荷、气象光照、柜内接点温度辅助数据；远动装置、GPS 时钟同步设备统一全站数据时标，保证大数据时序对齐。

　　监控平台底层采集

　　Acrel-1000DP 分布式光伏监控系统、Acrel-2000MG 储能能量管理平台，统一汇总全部硬件测点实时、历史、故障事件数据，通过 4G / 光纤调度专网上传本地数据服务器，作为大数据分析原始数据源。

图13 Acrel-1000DP 全站综合监测

　　5.2 数据获取存储与清洗整合

　　各厂房、园区分布式光储场站形成独立电力数据源，每个数据源包含逆变器数据表、保护事件表、电能质量逐小时数据表、储能充放电记录表、环境监测数据表。原始海量数据存在缺失、跳变、异常跳点，需标准化预处理：

　　剔除设备通讯中断产生空值、传感器故障异常值；

　　统一电压、功率、时间单位，按照国标电能质量限值标记超限记录；

　　按并网点、设备类型、日期、小时建立分层电子数据集，区分光伏发电时段、储能充电 / 放电时段数据；

　　关联设备台账，将保护告警、电能质量超限、功率波动数据建立关联索引，便于多维度检索。

　　5.3 数据分析挖掘与可视化模块

图14 Acrel-1000DP 电能质量分析

　　基于清洗后标准化数据集搭建计算模型，分为两大分析维度：故障类型维度、时间特征维度，配套可视化图表输出：

　　故障类型分析模块：统计短闪变、长闪变、三相电压不平衡、电压总谐波畸变、频率偏差、逆功率、孤岛七大类故障发生时长、频次；

　　时间尺度分析模块：分逐小时故障、日故障、周故障、月度故障、午间发电高峰（12:00-18:00）专项统计；

　　可视化输出柱状图、饼图、时序曲线、场站拓扑联动画面，直观展示各并网点故障率、故障类型占比、时段分布规律，支持多图表联动溯源。

　　整体分析流程：多硬件数据源原始数据采集→分层数据表存储→数据清洗、归一化整合生成标准化数据集→多维算法统计挖掘→可视化图表展示分析结果。

　　6 结束语

　　本文结合分布式光伏储能现场成套安科瑞监测、保护硬件设备，搭建一套完整电力大数据挖掘与可视化分析体系，形成 “现场硬件采集 - 数据标准化处理 - 多维度量化分析 - 故障溯源优化" 全流程方案。以实际 10kV 光储工业园区项目为实例，从并网点、时间尺度、故障类型三层维度量化分析电能质量故障分布，明确光伏间歇性出力、储能配比不足、午间大发负荷不匹配是闪变、逆功率等故障主要成因。

　　该一体化大数据分析方案可充分发挥成套电力监控设备海量采集数据价值，实现光储并网故障自动统计、风险可视化识别、问题溯源定位，为分布式光伏储能场站智能化运维、配电网电能质量综合治理提供落地技术路径，对新型电力系统下新能源数字化、智能化管控具备工程参考价值。

　　参考文献

　　[1] 刘超然，刘玲玲，王凤. 基于大数据技术的分布式发电电能质量分析.（2026.01）

　　[2] 国家能源局 2023 年三季度网上新闻发布会文字实录 [EB/OL]. (2023-07-31)[2024-03-12].

　　[3] 国家能源局. 2022 年光伏发电建设运行情况 [EB/OL]. (2023-02-17)[2024-03-12].

　　[4] 安科瑞企业微电网设计与应用手册.2026.1月版