安科瑞 陳聰

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(dāng)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(yán)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(biāo),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(biāo),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)異常現(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(biāo)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(dāng)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(zhǔn)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,*全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(biāo)。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(dāng)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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)模化發(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(zhǔn)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(rèn)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(dāng)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不能或缺的一部分。

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(biāo)，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(biāo)準(zhǔn)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(dāng)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(dāng)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(dāng)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)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作（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(zhǔn)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(dāng)每個事件發(fā)生時，存儲事故*10個掃描周期及事故后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(biāo)的實現(xiàn)。

【參考文獻】

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