安科瑞 劉邁

　　摘要：光儲充一體化技術(shù)是一種綜合利用現(xiàn)代光伏技術(shù)、*進儲能技術(shù)和智能化的充電技術(shù)而成的綜合能源解決方案，是新能源汽車產(chǎn)業(yè)重要的基礎(chǔ)配套設(shè)施。文章首先結(jié)合當前相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展態(tài)勢。闡述了發(fā)展光儲充一體化技術(shù)的必要性和重要意義；介紹了光儲充一體化系統(tǒng)組成和各模塊的主要功能；從光伏發(fā)電技術(shù)、儲能技術(shù)、充電樁技術(shù)、智慧管理系統(tǒng)4個方面綜合分析了光儲充一體化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀。在此基礎(chǔ)上，對光儲充一體化技術(shù)的未來發(fā)展趨勢進行了展望和總結(jié)。

　　關(guān)鍵詞：光儲充一體化；新能源汽車；能源綜合利用；智慧能源

　　0引言

　　經(jīng)過多年的技術(shù)積累和創(chuàng)新,我國新能源汽車行業(yè)得到了長足發(fā)展,新能源汽車保有量為2400萬輛,預(yù)計2024年產(chǎn)銷量將突破1150萬輛,發(fā)展新能源汽車已經(jīng)成為全球共識。此外,在配套的充電設(shè)施建設(shè)方面,我國也取得了長足的發(fā)展和進步,目前,已形成全球數(shù)量*為龐大、輻射范圍*廣服務(wù)車輛類型*全的充電配套體系。截至2024年6月,我國充電樁保有量達到了1024.3萬臺,與2023年同期相比,增加了54%,其中,公共充電樁數(shù)量為312.2萬臺,私人充電樁數(shù)量為712.2萬臺,完善的充電樁基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)為新能源汽車的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。如此龐大的新能源汽車保有量,高峰期集中充電將給電網(wǎng)造成嚴重的沖擊。目前,我國的車樁比為2.4∶1，工信部計劃在2030年實現(xiàn)我國車樁比為1:1的目標,因此,新能源汽車充電樁的數(shù)量將會迎來巨幅的增長,電網(wǎng)將會迎來更加艱巨的挑戰(zhàn)。同時,一些老舊小區(qū)和很多農(nóng)村地區(qū),受到電力設(shè)施老化及配電容量受限等因素的影響,不適宜安裝新能源汽車的充電設(shè)施,很大程度上影響和制約了新能源汽車的發(fā)展。農(nóng)村電網(wǎng)由于特殊環(huán)境、經(jīng)濟條件和技術(shù)限制面臨著多種挑戰(zhàn),一般農(nóng)村居民用戶每戶按照12kVA進行配電,但是農(nóng)村地區(qū)的電力需求受季節(jié)性因素影響較大,特別是在農(nóng)忙季節(jié),大量的電力機井同時運轉(zhuǎn)會導(dǎo)致農(nóng)村電網(wǎng)季節(jié)性容量不足。另外,農(nóng)村電網(wǎng)普遍存在老化問題,比如電線老化、變壓器容量不足等,無法滿足快速發(fā)展的農(nóng)村電力需求，這些都限制了電網(wǎng)的供電能力和質(zhì)量。預(yù)計到2025年,全國農(nóng)村電網(wǎng)供電可靠率將達到98%,為了實現(xiàn)這一目標,農(nóng)村電網(wǎng)需要找到切實可行的方法以提高供電質(zhì)量和服務(wù)水平。據(jù)統(tǒng)計,2023年共有2.1萬起電動車火災(zāi)事故,與2022年相比增加了17.4%,2022年共有1.8萬起,約80%的電動車火災(zāi)事故是在充電過程中發(fā)生的。這其中的主要原因是在住宅內(nèi)部或者樓道等不適合充電的地方進行充電,在充電過程中也沒有配備智能監(jiān)控與管理系統(tǒng),不能實時監(jiān)測到充電過程中的異常情況，更不能及時地進行預(yù)警和處理存在的安全隱患。

　　光儲充一體化技*效術(shù)是一種綜合利用現(xiàn)代光伏技術(shù)、國家戰(zhàn)略,各地也相繼出臺了相應(yīng)的引導(dǎo)政策和配套措施。光儲充一體化技術(shù)具有綠色低碳、環(huán)保等優(yōu)勢,不僅在新能源汽車配套的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)領(lǐng)域發(fā)揮了重要的作用,同時,也可廣泛應(yīng)用于工商業(yè)及家庭等領(lǐng)域。光儲充一體化技術(shù)的推廣應(yīng)用，一方面,為新能源汽車充電提供了綠色低碳能源供應(yīng),可作為新能源汽車領(lǐng)域發(fā)展的重要保障:另一方面,亦可有效克服光伏發(fā)電的不穩(wěn)定和間歇性等問題。此外,光儲充一體化技術(shù)借助智慧能源管理技術(shù),協(xié)同管理光伏發(fā)電、儲能及充電系統(tǒng),優(yōu)化能源配置,在用電低谷時段給儲能系統(tǒng)或電動汽車充電,在用電高峰時段給電網(wǎng)供電,既擺脫了電網(wǎng)配電容量的限制,又發(fā)揮了削峰填谷的作用,在提供新能源汽車*效便捷充電的同時,也保障了電網(wǎng)的安全平穩(wěn)運行。建立充電站對電動車進行統(tǒng)一充電管理,可以減少因個人充電不規(guī)范造成的火災(zāi)等事故:充電站通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),采用云平臺監(jiān)控每個充電樁的實時狀態(tài),只要遇到突發(fā)異?，F(xiàn)象就立即切斷電源,阻止火災(zāi)等事故的發(fā)生。在緊急情況下,光儲充技術(shù)中的儲能系統(tǒng)隨時可以作為備用電源使用。為充電站附近的其他重要設(shè)施提供穩(wěn)定的電力供應(yīng)。由此可知,光儲充技術(shù)不僅可以提升電動車充電的安全性,還可以增強充電站的整體可靠性和效率。隨著技術(shù)的進步和成本的降低,光儲充一體化充電站將成為未來電動車充電基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分。推動光儲充一體化技術(shù)的深入發(fā)展和應(yīng)用，有效利用了太陽能等清潔能源,有助于優(yōu)化能源結(jié)構(gòu),助推我國“雙碳"目標的實現(xiàn)。

　　1光儲充一體化系統(tǒng)組成

　　“光儲充一體化"的概念在現(xiàn)代能源系統(tǒng)中扮演著越來越重要的角色,它將光伏發(fā)電技術(shù)、儲能單元以及充電樁融為一體。一方面,實現(xiàn)了綠色能源供應(yīng);另一方面,三者配合可實現(xiàn)削峰填谷,降低車輛用能成本。此外，光儲充一體化微電網(wǎng)系統(tǒng)的出現(xiàn),對于解決當前土地資源緊張和電力容量資源有限的問題具有顯著的意義,能夠通過能量存儲和優(yōu)化配置實現(xiàn)本地能源生產(chǎn)與用電負荷基本平衡。該系統(tǒng)具備多項優(yōu)點,如光伏發(fā)電自發(fā)自用、電網(wǎng)削峰填谷、停電應(yīng)急備用、新能源汽車充電優(yōu)化和長期持續(xù)受益等,如圖1所示。在光儲充一體化微電網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)過程中也存在許多挑戰(zhàn)。首先,初期建設(shè)成本較高,如果場景定義不準確,就會造成資源浪費。其次,由于光儲充一體化技術(shù)尚處于發(fā)展初期,光伏發(fā)電儲能單元和充電系統(tǒng)的協(xié)調(diào)管理面臨著諸多技術(shù)和管理方面的挑戰(zhàn)。如何確保各子系統(tǒng)間的無縫對接和協(xié)同工作,成了行業(yè)內(nèi)急需解決的問題。通過深人了解各部分關(guān)鍵技術(shù)在微電網(wǎng)中的研究進展,可以更好地理解其在整個系統(tǒng)的作用和優(yōu)勢,更有效地推動光儲充一體化微電網(wǎng)的建設(shè)和開發(fā)。

圖1光儲充一體化系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

　　2光儲充一體化關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展現(xiàn)狀

　　光儲充一體化技術(shù)通常涉及的電力系統(tǒng)規(guī)模較小,如住宅區(qū)、工業(yè)園區(qū)或電動汽車充電站等場景,如今低壓柔性直流技術(shù)已經(jīng)較為成熟,可以滿足光儲充一體化技術(shù)的應(yīng)用場景。低壓柔性直流技術(shù)可以作為光儲充一體化系統(tǒng)中的關(guān)鍵組件,將光伏、儲能和充電設(shè)施集成在低壓直流網(wǎng)絡(luò)中,*大地減少電能在轉(zhuǎn)換過程中的損耗,實現(xiàn)光儲充之間的*效協(xié)調(diào)。在光儲充一體化技術(shù)中,由光伏和儲能系統(tǒng)產(chǎn)生的電力通常為直流形式。低壓柔性直流技術(shù)能夠直接處理這類直流電能,縮減了將其通過逆變器轉(zhuǎn)換為交流電然后再轉(zhuǎn)回直流電的過程,從而提高了整個系統(tǒng)的效率。光儲充一體化系統(tǒng)借助低壓柔性直流技術(shù)可以實現(xiàn)與主電網(wǎng)的靈活連接或是獨立運作。這樣的配置能夠增強微電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性,尤其是在需要迅速響應(yīng)的情況下,比如進行峰值負荷管理或者是在電網(wǎng)發(fā)生故障后的快速恢復(fù)。此外,充電站可通過利用儲能系統(tǒng)平滑充電負荷,減輕對電網(wǎng)的壓力。采用低壓柔性直流技術(shù),可以更有效地控制和管理充電過程中電力的流動,確保充電站與電網(wǎng)之間實現(xiàn)和諧互動。

　　由此可知,低壓柔性直流技術(shù)與光儲充一體化技術(shù)的結(jié)合,為分布式能源系統(tǒng)提供了*效能的電能傳輸與分配解決方案。這種集成不僅提升了能源使用效率,還增強了電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性,有助于達成低碳環(huán)保的目標。隨著技術(shù)的持續(xù)進步與完善,這種集成模式將在未來的智能電網(wǎng)及能源轉(zhuǎn)型中扮演關(guān)鍵角色。光儲充一體化系統(tǒng)有以下四大關(guān)鍵技術(shù)。

　　2.1光伏發(fā)電技術(shù)

　　光伏發(fā)電是光儲充一體化重要組成部分,是整個系統(tǒng)的基礎(chǔ)。該技術(shù)利用太陽能電池將光能轉(zhuǎn)化為電能,是半導(dǎo)體光電效應(yīng)的結(jié)果。在太陽光照射到半導(dǎo)體p-n結(jié)的界面時,會激發(fā)出新的空穴-電子對,這些對電荷的形成和分離進一步推動了電流的產(chǎn)生，

　　硅系太陽能電池的問世,是光伏技術(shù)得以應(yīng)用的起點。這種電池以其卓*的效率和穩(wěn)定性,迅速成為市場的主流選擇。它們通常采用硅片作為材料，其轉(zhuǎn)換效率相對較高,但由于成本較高且需要較大面積的太陽能面板,因此,更適用于大型太陽能電站或工業(yè)應(yīng)用中,如表1所示。

表1不同類型太陽能電池對比

　　與傳統(tǒng)的硅系太陽能電池相比,薄膜太陽能電池具有更加輕便、易于制造和維護的優(yōu)點。此外,薄膜材料可以制成各種形狀和大小,使得它們能夠被集成到不同類型的光伏系統(tǒng)中。盡管如此,由于薄膜材料的固有特性,其效率通常不及硅系太陽能電池，其大規(guī)模生產(chǎn)也面臨著一些挑戰(zhàn)。

　　高倍聚光電池、有機太陽能電池、柔性太陽能電池以及染料敏化納米太陽能電池等新型電池技術(shù),旨在提供更高的光電轉(zhuǎn)換效率和更廣泛的應(yīng)用場景，然而,除了少數(shù)幾種已經(jīng)投入實際應(yīng)用的高倍聚光電池,大多數(shù)新技術(shù)還處于實驗室研究階段,尚未達到商業(yè)化量產(chǎn)的水平。

　　當前,光伏產(chǎn)業(yè)在技術(shù)創(chuàng)新上還存在很多不足，太陽能電池轉(zhuǎn)換效率有待提升。此外,并網(wǎng)、逆變、儲能等技術(shù)也直接影響著整個微電網(wǎng)的應(yīng)用和發(fā)展,因此,如何在這些關(guān)鍵技術(shù)上有所突破,成為我國光伏產(chǎn)業(yè)急需解決的問題。

　　2.2儲能技術(shù)

　　儲能技術(shù)顯然已經(jīng)成為保障多能源大規(guī)模并行運行和電網(wǎng)安全經(jīng)濟運行的關(guān)鍵。儲能系統(tǒng)由儲能電池和雙向換流器組成,具備雙向變功率的電能傳輸特點,在光儲充一體化系統(tǒng)中是靈活的能量控制單元。通過儲能系統(tǒng)的參與,可以平滑分布式光伏能源的間歇性波動,提高電網(wǎng)的供電質(zhì)量和穩(wěn)定性。這些技術(shù)能夠為微電網(wǎng)提供備用電源、調(diào)頻服務(wù)以及優(yōu)化電能質(zhì)量,從而提升電網(wǎng)的穩(wěn)定性、經(jīng)濟性和環(huán)境效益。盡管儲能技術(shù)在光儲充一體化微電網(wǎng)中的應(yīng)用具有顯著的優(yōu)勢,但仍面臨一些挑戰(zhàn)。首先,儲能系統(tǒng)的成本較高,需要政策和市場機制的支持來降低成本;其次,系統(tǒng)的集成和優(yōu)化設(shè)計需進一步研究,以確保*效、可靠和經(jīng)濟的運行。此外,技術(shù)創(chuàng)新和標準制定也是未來需要關(guān)注的重點領(lǐng)域。

　　2.3充電樁技術(shù)

　　充電樁關(guān)鍵技術(shù)涵蓋了智能充電管理、高功率充電技術(shù)、充電接口與標準兼容性、遠程監(jiān)控與維護和能源計量與計費系統(tǒng)等多個方面,旨在確保充電樁與微電網(wǎng)中的其他部分協(xié)同工作,同時提供*效、安全、智能的充電服務(wù)。目前,充電樁已能提供350kw的功率輸出，*大地縮短了充電時間。同時,V2G(Vehicle-to-Grid)功能允許電動汽車向電網(wǎng)回饋電力,提高了系統(tǒng)的經(jīng)濟性和靈活性。無線充電技術(shù)也正在測試與部署中,以提升充電便利性。遠程監(jiān)控與維護系統(tǒng)的建立,保證了充電樁的穩(wěn)定運行和故障的及時處理。隨著政策支持和技術(shù)進步,光儲充一體化微電網(wǎng)充電樁已成為推動新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施。

　　2.4智慧管理系統(tǒng)

　　光儲充一體化微電網(wǎng)智慧管理系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)包括智能能源管理系統(tǒng)(EMS)儲能系統(tǒng)管理、雙向通信技術(shù)和微電網(wǎng)保護與自愈功能等。目前,系統(tǒng)具備快速故障檢測與隔離功能,可以在局部故障發(fā)生時自動調(diào)整運行策略,避免整個系統(tǒng)的崩潰,提高了系統(tǒng)的韌性和安全性。通過集成*進的電池管理系統(tǒng)(BMS)能夠精細地控制充放電過程,延長電池壽命,提高儲能單元的整體性能。總體而言,光儲充一體化微電網(wǎng)智慧管理系統(tǒng)的技術(shù)正朝著更智能、更*效、更可靠的方向發(fā)展,為未來電網(wǎng)的可持續(xù)性和智能化奠定基礎(chǔ)。

　　3光儲充一體化技術(shù)的未來發(fā)展趨勢及建議

　　3.1光儲充一體化技術(shù)的未來發(fā)展趨勢

　　光儲充一體化微電網(wǎng)技術(shù)中,光伏系統(tǒng)未來將向提升效率、降低成本和智能化管理發(fā)展。更*效率的新型光伏材料將會出現(xiàn),如鈣鈦礦和多結(jié)太陽能電池等,可與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)深度融合,進行自我管理和優(yōu)化。此外,光伏技術(shù)普遍融人建筑中,如光伏玻璃窗和光伏瓦片等,城市的能源自給能力得到了提升。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展,光伏組件的成本將持續(xù)降低,廢棄組件回收利用技術(shù)也將逐漸成熟,光伏產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)性不斷增強。

　　儲能技術(shù)的未來將向多元化、智能化和*效化發(fā)展。液流電池、固態(tài)電池等新型儲能技術(shù)將提供更長的循環(huán)壽命和更高的能量密度。儲能系統(tǒng)更加智能的優(yōu)化充放電策略,能夠提升整體效率。儲能系統(tǒng)將與光伏和充電設(shè)施高度集成,增強微電網(wǎng)的靈活性和穩(wěn)定性,實現(xiàn)能源的智能調(diào)度。此外,長時儲能技術(shù)的突破使可再生能源的間歇性問題得到解決,政策支持和技術(shù)創(chuàng)新將進一步降低成本,推動儲能市場的規(guī)?；l(fā)展。

　　充電設(shè)施將朝著快速、智能和便捷的方向發(fā)展?？斐浼夹g(shù)的革新將*大縮短充電時間,充電更加便利。智能充電系統(tǒng)將與電網(wǎng)互動,依據(jù)實時電價和能源供需動態(tài)調(diào)整充電策略,減少對電網(wǎng)的沖擊。無線充電技術(shù)逐漸成熟,電動汽車實現(xiàn)非接觸式動態(tài)無線充電,充電設(shè)施更加密集,形成覆蓋廣泛的充電生態(tài)系統(tǒng),推動電動汽車的普及。

　　光儲充一體化微電網(wǎng)智慧管理系統(tǒng)將實現(xiàn)能源的*準預(yù)測與優(yōu)化調(diào)度,強化自適應(yīng)與自愈能力,提升電網(wǎng)韌性。EMS對光伏發(fā)電、能量搬移、儲能電池充放電和充電樁應(yīng)用場景進行實時數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)監(jiān)控和優(yōu)化能源分配,實現(xiàn)預(yù)測性維護和故障預(yù)警。各組件間通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)無縫通信,支持多種通信規(guī)約,提升系統(tǒng)整體效率。隨著技術(shù)迭代,智慧系統(tǒng)將集成更多增值服務(wù),如碳足跡追蹤和綠色認證,推動微電網(wǎng)向更智能、更環(huán)保的方向發(fā)展。

　　3.2光儲充一體化技術(shù)的未來發(fā)展建議

　　為了加速光儲充一體化技術(shù)的進步并使其在未來能源轉(zhuǎn)型過程中扮演重要角色,需要從以下幾個方面著手。

　　在光伏發(fā)電領(lǐng)域,應(yīng)當持續(xù)研究新型光伏材料例如鈣鈦礦和有機光伏材料,這些新材料有望大幅提升太陽能板的光電轉(zhuǎn)換效率,有助于降低制造成本。此外,還應(yīng)該積極尋找更多樣化的安裝解決方案,比如將光伏組件集成到建筑物的墻面、窗戶以及交通基礎(chǔ)設(shè)施(如光伏道路和停車棚)上,這不僅能夠促進光伏技術(shù)與建筑設(shè)計的融合,還能使光伏產(chǎn)品像光伏瓦和幕墻那樣成為建筑物的一部分。

　　關(guān)于儲能系統(tǒng),應(yīng)集中精力開發(fā)具有更高能量密度的電池技術(shù),如固態(tài)電池和鈉離子電池,這類技術(shù)可以顯著增強儲能裝置的能量存儲容量并延長其使用壽命。與此同時,還需致力于*進技術(shù)來實現(xiàn)對儲能單元的健康狀況監(jiān)測、故障預(yù)警以及自動化維護等功能，以此來增強整個儲能系統(tǒng)的安全性和可靠性。

　　針對充電基礎(chǔ)設(shè)施,未來的發(fā)展方向是不斷改進快速充電技術(shù),以縮短電動汽車的充電時長,改善用戶的使用體驗,還應(yīng)積極探索無線充電技術(shù)的可能性,旨在簡化充電流程,減少因物理連接可能帶來的不便,進而提升充電的便捷程度。此外,利用物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù),實現(xiàn)充電設(shè)施的智能管理,包括充電預(yù)約、負載均衡等功能,利用大數(shù)據(jù)和機器學(xué)習(xí)算法。對系統(tǒng)產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)進行深度分析,發(fā)現(xiàn)隱藏的模式和趨勢,從而優(yōu)化系統(tǒng)的運行效率。

　　光儲充一體化技術(shù)未來應(yīng)建立更加*面的實時監(jiān)測系統(tǒng),能夠?qū)夥l(fā)電量、儲能狀態(tài)、充電需求等關(guān)鍵參數(shù)進行連續(xù)監(jiān)控。根據(jù)預(yù)測結(jié)果和實時數(shù)據(jù)動態(tài)調(diào)整光伏、儲能和充電設(shè)備的工作狀態(tài),實現(xiàn)能源的*優(yōu)化分配。

　　4Acrel-2000MG充電站微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)

　　4.1平臺概述

　　Acrel-2000MG微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)，是我司根據(jù)新型電力系統(tǒng)下微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)與微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的要求，總結(jié)國內(nèi)外的研究和生產(chǎn)的*進經(jīng)驗，專門研制出的企業(yè)微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)。本系統(tǒng)滿足光伏系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電、儲能系統(tǒng)以及充電站的接入，*進行數(shù)據(jù)采集分析，直接監(jiān)視光伏、風(fēng)能、儲能系統(tǒng)、充電站運行狀態(tài)及健康狀況，是一個集監(jiān)控系統(tǒng)、能量管理為一體的管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)在安全穩(wěn)定的基礎(chǔ)上以經(jīng)濟優(yōu)化運行為目標，促進可再生能源應(yīng)用，提高電網(wǎng)運行穩(wěn)定性、補償負荷波動；有效實現(xiàn)用戶側(cè)的需求管理、消除晝夜峰谷差、平滑負荷，提高電力設(shè)備運行效率、降低供電成本。為企業(yè)微電網(wǎng)能量管理提供安全、可靠、經(jīng)濟運行提供了全新的解決方案。

　　微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)應(yīng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，整個能量管理系統(tǒng)在物理上分為三個層：設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)通信層和站控層。站級通信網(wǎng)絡(luò)采用標準以太網(wǎng)及TCP/IP通信協(xié)議，物理媒介可以為光纖、網(wǎng)線、屏蔽雙絞線等。系統(tǒng)支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信規(guī)約。

　　4.2平臺適用場合

　　系統(tǒng)可應(yīng)用于城市、高速公路、工業(yè)園區(qū)、工商業(yè)區(qū)、居民區(qū)、智能建筑、海島、無電地區(qū)可再生能源系統(tǒng)監(jiān)控和能量管理需求。

　　4.3系統(tǒng)架構(gòu)

　　本平臺采用分層分布式結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，即站控層、網(wǎng)絡(luò)層和設(shè)備層，詳細拓撲結(jié)構(gòu)如下：

圖1典型微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)組網(wǎng)方式

　　5充電站微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)解決方案

　　5.1實時監(jiān)測

　　微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)人機界面友好，應(yīng)能夠以系統(tǒng)一次電氣圖的形式直觀顯示各電氣回路的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測光伏、風(fēng)電、儲能、充電站等各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電參數(shù)信息，動態(tài)監(jiān)視各回路斷路器、隔離開關(guān)等合、分閘狀態(tài)及有關(guān)故障、告警等信號。其中，各子系統(tǒng)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(shù)、頻率、有功/無功電度、頻率和正向有功電能累計值；狀態(tài)參數(shù)主要有：開關(guān)狀態(tài)、斷路器故障脫扣告警等。

　　系統(tǒng)應(yīng)可以對分布式電源、儲能系統(tǒng)進行發(fā)電管理，使管理人員實時掌握發(fā)電單元的出力信息、收益信息、儲能荷電狀態(tài)及發(fā)電單元與儲能單元運行功率設(shè)置等。

　　系統(tǒng)應(yīng)可以對儲能系統(tǒng)進行狀態(tài)管理，能夠根據(jù)儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)進行及時告警，并支持定期的電池維護。

　　微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)界面包括系統(tǒng)主界面，包含微電網(wǎng)光伏、風(fēng)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(jié)能減排信息、功率信息、電量信息、電壓電流情況等。根據(jù)不同的需求，也可將充電，儲能及光伏系統(tǒng)信息進行顯示。

圖1系統(tǒng)主界面

　　子界面主要包括系統(tǒng)主接線圖、光伏信息、風(fēng)電信息、儲能信息、充電站信息、通訊狀況及一些統(tǒng)計列表等。

　　5.1.1光伏界面

圖2光伏系統(tǒng)界面

　　本界面用來展示對光伏系統(tǒng)信息，主要包括逆變器直流側(cè)、交流側(cè)運行狀態(tài)監(jiān)測及報警、逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計及分析、并網(wǎng)柜電力監(jiān)測及發(fā)電量統(tǒng)計、電站發(fā)電量年有效利用小時數(shù)統(tǒng)計、發(fā)電收益統(tǒng)計、碳減排統(tǒng)計、輻照度/風(fēng)力/環(huán)境溫濕度監(jiān)測、發(fā)電功率模擬及效率分析；同時對系統(tǒng)的總功率、電壓電流及各個逆變器的運行數(shù)據(jù)進行展示。

　　5.1.2儲能界面

圖3儲能系統(tǒng)界面

　　本界面主要用來展示本系統(tǒng)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(tǒng)PCS參數(shù)設(shè)置界面

　　本界面主要用來展示對PCS的參數(shù)進行設(shè)置，包括開關(guān)機、運行模式、功率設(shè)定以及電壓、電流的限值。

圖5儲能系統(tǒng)BMS參數(shù)設(shè)置界面

　　本界面用來展示對BMS的參數(shù)進行設(shè)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(tǒng)PCS電網(wǎng)側(cè)數(shù)據(jù)界面

　　本界面用來展示對PCS電網(wǎng)側(cè)數(shù)據(jù)，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數(shù)等。

圖7儲能系統(tǒng)PCS交流側(cè)數(shù)據(jù)界面

　　本界面用來展示對PCS交流側(cè)數(shù)據(jù)，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數(shù)、溫度值等。同時針對交流側(cè)的異常信息進行告警。

圖8儲能系統(tǒng)PCS直流側(cè)數(shù)據(jù)界面

　　本界面用來展示對PCS直流側(cè)數(shù)據(jù)，主要包括電壓、電流、功率、電量等。同時針對直流側(cè)的異常信息進行告警。

圖9儲能系統(tǒng)PCS狀態(tài)界面

　　本界面用來展示對PCS狀態(tài)信息，主要包括通訊狀態(tài)、運行狀態(tài)、STS運行狀態(tài)及STS故障告警等。

圖10儲能電池狀態(tài)界面

　　本界面用來展示對BMS狀態(tài)信息，主要包括儲能電池的運行狀態(tài)、系統(tǒng)信息、數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(yīng)的位置。

　　5.1.3風(fēng)電界面

圖12風(fēng)電系統(tǒng)界面

　　本界面用來展示對風(fēng)電系統(tǒng)信息，主要包括逆變控制一體機直流側(cè)、交流側(cè)運行狀態(tài)監(jiān)測及報警、逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計及分析、電站發(fā)電量年有效利用小時數(shù)統(tǒng)計、發(fā)電收益統(tǒng)計、碳減排統(tǒng)計、風(fēng)速/風(fēng)力/環(huán)境溫濕度監(jiān)測、發(fā)電功率模擬及效率分析；同時對系統(tǒng)的總功率、電壓電流及各個逆變器的運行數(shù)據(jù)進行展示。

　　5.1.4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(tǒng)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(shù)據(jù)等。

　　5.1.5視頻監(jiān)控界面

圖14微電網(wǎng)視頻監(jiān)控界面

　　本界面主要展示系統(tǒng)所接入的視頻畫面，且通過不同的配置，實現(xiàn)預(yù)覽、回放、管理與控制等。

　　5.1.6發(fā)電預(yù)測

　　系統(tǒng)應(yīng)可以通過歷史發(fā)電數(shù)據(jù)、實測數(shù)據(jù)、未來天氣預(yù)測數(shù)據(jù)，對分布式發(fā)電進行短期、超短期發(fā)電功率預(yù)測，并展示合格率及誤差分析。根據(jù)功率預(yù)測可進行人工輸入或者自動生成發(fā)電計劃，便于用戶對該系統(tǒng)新能源發(fā)電的集中管控。

圖15光伏預(yù)測界面

　　5.1.7策略配置

　　系統(tǒng)應(yīng)可以根據(jù)發(fā)電數(shù)據(jù)、儲能系統(tǒng)容量、負荷需求及分時電價信息，進行系統(tǒng)運行模式的設(shè)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(tài)擴容等。

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

圖16策略配置界面

　　5.1.8運行報表

　　應(yīng)能查詢各子系統(tǒng)、回路或設(shè)備*時間的運行參數(shù)，報表中顯示電參量信息應(yīng)包括：各相電流、三相電壓、總功率因數(shù)、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

　　5.1.9實時報警

　　應(yīng)具有實時報警功能，系統(tǒng)能夠?qū)Ω髯酉到y(tǒng)中的逆變器、雙向變流器的啟動和關(guān)閉等遙信變位，及設(shè)備內(nèi)部的保護動作或事故跳閘時應(yīng)能發(fā)出告警，應(yīng)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(yīng)能以彈窗、聲音、短信和電話等形式通知相關(guān)人員。

圖18實時告警

　　5.1.10歷史事件查詢

　　應(yīng)能夠?qū)b信變位，保護動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)、電芯溫度（鋰離子電池）、壓力（液流電池）、光照、風(fēng)速、氣壓越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析。

圖19歷史事件查詢

　　5.1.11電能質(zhì)量監(jiān)測

　　應(yīng)可以對整個微電網(wǎng)系統(tǒng)的電能質(zhì)量包括穩(wěn)態(tài)狀態(tài)和暫態(tài)狀態(tài)進行持續(xù)監(jiān)測，使管理人員實時掌握供電系統(tǒng)電能質(zhì)量情況，以便及時發(fā)現(xiàn)和消除供電不穩(wěn)定因素。

　　1）在供電系統(tǒng)主界面上應(yīng)能實時顯示各電能質(zhì)量監(jiān)測點的監(jiān)測裝置通信狀態(tài)、各監(jiān)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(tǒng)應(yīng)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(yīng)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(tǒng)應(yīng)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(yīng)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(yīng)能顯示電壓偏差與頻率偏差；

　　4）功率與電能計量：系統(tǒng)應(yīng)能顯示A/B/C三相有功功率、無功功率和視在功率；應(yīng)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(yīng)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(tài)監(jiān)測：在電能質(zhì)量暫態(tài)事件如電壓暫升、電壓暫降、短時中斷發(fā)生時，系統(tǒng)應(yīng)能產(chǎn)生告警，事件能以彈窗、閃爍、聲音、短信、電話等形式通知相關(guān)人員；系統(tǒng)應(yīng)能查看相應(yīng)暫態(tài)事件發(fā)生前后的波形。

　　6）電能質(zhì)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計：系統(tǒng)應(yīng)能顯示1min統(tǒng)計整2h存儲的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，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(yīng)包含事件名稱、狀態(tài)（動作或返回）、波形號、越限值、故障持續(xù)時間、事件發(fā)生的時間。

圖20微電網(wǎng)系統(tǒng)電能質(zhì)量界面

　　5.1.12遙控功能

　　應(yīng)可以對整個微電網(wǎng)系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備進行遠程遙控操作。系統(tǒng)維護人員可以通過管理系統(tǒng)的主界面完成遙控操作，并遵循遙控預(yù)置、遙控返校、遙控執(zhí)行的操作順序，可以及時執(zhí)行調(diào)度系統(tǒng)或站內(nèi)相應(yīng)的操作命令。

圖21遙控功能

　　5.1.13曲線查詢

　　應(yīng)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(shù)、SOC、SOH、充放電量變化等曲線。

圖22曲線查詢

　　5.1.14統(tǒng)計報表

　　具備定時抄表匯總統(tǒng)計功能，用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運行以來任意時間段內(nèi)各配電節(jié)點的發(fā)電、用電、充放電情況，即該節(jié)點進線用電量與各分支回路消耗電量的統(tǒng)計分析報表。對微電網(wǎng)與外部系統(tǒng)間電能量交換進行統(tǒng)計分析；對系統(tǒng)運行的節(jié)能、收益等分析；具備對微電網(wǎng)供電可靠性分析，包括年停電時間、年停電次數(shù)等分析；具備對并網(wǎng)型微電網(wǎng)的并網(wǎng)點進行電能質(zhì)量分析。

圖23統(tǒng)計報表

　　5.1.15網(wǎng)絡(luò)拓撲圖

　　系統(tǒng)支持實時監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設(shè)備的通信狀態(tài)，能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；可在線診斷設(shè)備通信狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)絡(luò)異常時能自動在界面上顯示故障設(shè)備或元件及其故障部位。

　　圖24微電網(wǎng)系統(tǒng)拓撲界面

　　本界面主要展示微電網(wǎng)系統(tǒng)拓撲，包括系統(tǒng)的組成內(nèi)容、電網(wǎng)連接方式、斷路器、表計等信息。

　　5.1.16通信管理

　　可以對整個微電網(wǎng)系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備通信情況進行管理、控制、數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測。系統(tǒng)維護人員可以通過管理系統(tǒng)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(shè)備的通信和數(shù)據(jù)情況。通信應(yīng)支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信規(guī)約。

圖25通信管理

　　5.1.17用戶權(quán)限管理

　　應(yīng)具備設(shè)置用戶權(quán)限管理功能。通過用戶權(quán)限管理能夠防止操作（如遙控操作，運行參數(shù)修改等）。可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

圖26用戶權(quán)限

　　5.1.18故障錄波

　　應(yīng)可以在系統(tǒng)發(fā)生故障時，自動準確地記錄故障前、后過程的各相關(guān)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(tǒng)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(fā)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(guān)量波形。

圖27故障錄波

　　5.1.19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(shù)據(jù)，包括開關(guān)位置、保護動作狀態(tài)、遙測量等，形成事故分析的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

　　用戶可自定義事故追憶的啟動事件，當每個事件發(fā)生時，存儲事故掃描周期及事故后10個掃描周期的有關(guān)點數(shù)據(jù)。啟動事件和監(jiān)視的數(shù)據(jù)點可由用戶隨意修改。

5.2硬件及其配套產(chǎn)品

　　6結(jié)束語

　　隨著光伏技術(shù)、儲能技術(shù)及能源管理技術(shù)的發(fā)展,光儲充一體化技術(shù)在我國已經(jīng)得到了較廣泛的推廣和應(yīng)用,未來具有廣闊的發(fā)展前景,隨著技術(shù)迭代.光儲充一體化技術(shù)正在向更智能、更環(huán)保的方向發(fā)展。推動光儲充一體化技術(shù)的深人發(fā)展和應(yīng)用,有效利用太陽能等清潔能源,有助于優(yōu)化能源結(jié)構(gòu),助推我國雙碳目標的實現(xiàn)。

　　【參考文獻】

　　[1]張元軍，李亞君，張正修，劉愛園，陸青松，委福祥.光儲充一體化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與未來趨勢.

　　[2]安科瑞高校綜合能效解決方案2022.5版.

　　[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊2022.05版.

　　[4]王洋,熊振中,等.基于光儲充一體化的工業(yè)微電網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用研究[J].東方電氣評論,2023(3):33-39