光儲充一體化協(xié)同策略與微電網(wǎng)能量系統(tǒng)設(shè)計研究

摘 要：光儲充電站一體化融合 “光伏＋儲能＋充電樁”，契合綠色發(fā)展理念。本文深入剖析其系統(tǒng)構(gòu)成，包括光伏發(fā)電、儲能、充電樁及能源管理系統(tǒng)，結(jié)合行業(yè)趨勢提出協(xié)同發(fā)展策略，如構(gòu)建良好格局、強(qiáng)化產(chǎn)業(yè)協(xié)同、搭建信息化平臺等；同時對微電網(wǎng)能量系統(tǒng)設(shè)計從架構(gòu)、運(yùn)行控制及優(yōu)化目標(biāo)等方面展開探討，旨在推動該領(lǐng)域綜合效益提升，助力能源與交通領(lǐng)域可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：光儲充一體化；協(xié)同發(fā)展；微電網(wǎng)；能量系統(tǒng)

一、引言

        在全球積極應(yīng)對氣候變化、大力推進(jìn)可持續(xù)能源發(fā)展的大背景下，傳統(tǒng)能源體系向清潔能源體系轉(zhuǎn)型的需求愈發(fā)迫切。隨著電動汽車保有量的迅猛增長，對充電基礎(chǔ)設(shè)施的需求急劇增加，同時，光伏等可再生能源技術(shù)的日益成熟，為能源結(jié)構(gòu)調(diào)整提供了新的契機(jī)。光儲充一體化系統(tǒng)，作為 “光伏＋儲能＋充電樁” 有機(jī)融合的創(chuàng)新模式，既能充分利用太陽能這一清潔能源，又能有效解決光伏發(fā)電的間歇性和波動性問題，還能滿足電動汽車的充電需求，成為推動能源革命和智能交通發(fā)展的關(guān)鍵力量。微電網(wǎng)作為一種將分布式能源、儲能系統(tǒng)、負(fù)荷等有機(jī)整合的小型電力系統(tǒng)，為光儲充一體化系統(tǒng)的高效運(yùn)行提供了理想的平臺。深入研究光儲充一體化協(xié)同發(fā)展策略及微電網(wǎng)能量系統(tǒng)設(shè)計，對于提高能源利用效率、降低能源成本、減少環(huán)境污染、促進(jìn)能源與交通領(lǐng)域的協(xié)同發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義和深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。

二、光儲充電站一體化系統(tǒng)構(gòu)成

2.1 光伏發(fā)電系統(tǒng)

        光伏發(fā)電系統(tǒng)是光儲充電站一體化系統(tǒng)的核心組成部分，由太陽能電池板、逆變器以及交直流電纜等部分組成。光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作原理是太陽能電池板吸收太陽能并產(chǎn)生直流電，逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，并通過配電系統(tǒng)將其供給各負(fù)載以及充電設(shè)施，進(jìn)一步實現(xiàn)清潔能源的*效利用，為光儲充電站的可持續(xù)運(yùn)行提供穩(wěn)定的電能保障。

2.2 儲能系統(tǒng)

        儲能系統(tǒng)是用于儲存光儲充電站一體化系統(tǒng)電能的重要部分，在需要時進(jìn)行供電，有助于解決光伏發(fā)電系統(tǒng)的不穩(wěn)定性等問題，提高能源利用效率，實現(xiàn)對電能的有效管理。儲能系統(tǒng)由儲能逆變器以及儲能電池組等部分組成，首先，儲能逆變器主要用于交流電網(wǎng)電能與儲能電池電能之間的能量雙向傳遞，通過控制實現(xiàn)對儲能系統(tǒng)充放電的管理，更好地滿足電能相應(yīng)需求。儲能電池組是光儲充電站一體化系統(tǒng)中儲能系統(tǒng)的重要組成部分，用于存儲光伏發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的電能，以供給充電設(shè)施使用。采取模塊化設(shè)計方法，對多個電池進(jìn)行并聯(lián)組成電池組，借助電池管理單元，實現(xiàn)對電池電流、溫度以及電壓等相關(guān)參數(shù)的監(jiān)測，以確保儲能電池組的穩(wěn)定運(yùn)行。

2.3 充電樁系統(tǒng)

        充電樁是用于給新能源電動汽車提供能源補(bǔ)給的裝置。充電樁系統(tǒng)主要包括充電樁、充電控制器、通信模塊以及安全保護(hù)裝置等。①充電樁是實現(xiàn)為電動汽車充電功能的設(shè)備，涉及充電接口、充電線纜、充電插座等。充電樁通過設(shè)計不同的充電標(biāo)準(zhǔn)、功率等級等相關(guān)參與，用于支持不同類型的電動汽車充電需求。目前較為常見的是交流充電樁、直流快速充電樁。②充電控制器是充電樁系統(tǒng)的核心部件，負(fù)責(zé)對電動汽車的充電過程進(jìn)行控制，具有充電功率調(diào)節(jié)、充電模式選擇、充電計量、充電安全保護(hù)等功能。③通信模塊用于實現(xiàn)充電樁系統(tǒng)與后臺管理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，以達(dá)到對充電樁的遠(yuǎn)程監(jiān)控與管理、充電服務(wù)接入、數(shù)據(jù)采集與分析等功能 [3] 。

2.4 能量管理系統(tǒng)EMS

        能量管理系統(tǒng)是整個光儲充電站一體化系統(tǒng)的執(zhí)行*樞機(jī)構(gòu)，負(fù)責(zé)對光儲充電站內(nèi)各種系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控、調(diào)度，加強(qiáng)電能的優(yōu)化管理，以實現(xiàn)能源的*效利用，促進(jìn)電能的合理分配。能量管理系統(tǒng)通常具有能源監(jiān)測與調(diào)度、負(fù)荷管理、故障診斷與分析等功能。①能源監(jiān)測是能量管理系統(tǒng)通過實時監(jiān)測光儲充電站內(nèi)各系統(tǒng)電能的產(chǎn)生、消耗以及儲存情況，提供數(shù)據(jù)支持，并且對系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行實時反饋。同時調(diào)度會根據(jù)不同的電能需求以及供應(yīng)的實際情況，對太陽能發(fā)電、儲能系統(tǒng)以及充電設(shè)備進(jìn)行智能調(diào)度，更好地優(yōu)化電能配置，以*大限度地提高電能利用率。②負(fù)荷管理是根據(jù)用戶需求以及電網(wǎng)負(fù)荷情況，合理分配調(diào)節(jié)充電設(shè)備的功率輸出，以平衡電網(wǎng)負(fù)荷。

三、光儲充電站一體化協(xié)同發(fā)展策略

3.1、政策支持與引導(dǎo)

        政府應(yīng)出臺一系列針對光儲充一體化產(chǎn)業(yè)的扶持政策，如財政補(bǔ)貼、稅收優(yōu)惠、貸款貼息等，降低企業(yè)的投資成本和運(yùn)營風(fēng)險，提高企業(yè)參與的積極性。例如，對建設(shè)光儲充一體化項目的企業(yè)給予一定比例的建設(shè)資金補(bǔ)貼，對運(yùn)營過程中的增值稅、所得稅等給予減免優(yōu)惠 。同時，制定明確的產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)朝著規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展。明確不同規(guī)模、不同應(yīng)用場景下光儲充一體化系統(tǒng)的設(shè)計規(guī)范、建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、安全要求等，為企業(yè)的項目建設(shè)和運(yùn)營提供清晰的指導(dǎo)，避免市場的無序競爭 。

3.2、技術(shù)研發(fā)合作

        建立產(chǎn)業(yè)技術(shù)研發(fā)合作機(jī)制，通過聯(lián)合研發(fā)項目、共建研發(fā)平臺等方式，促進(jìn)企業(yè)與研究機(jī)構(gòu)之間的深度合作。例如，多家企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)共同承擔(dān)國家或地方的重大科技專項，開展光儲充一體化系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā) 。組織行業(yè)技術(shù)交流會議，為企業(yè)和科研人員提供交流平臺，分享最新研究成果和技術(shù)經(jīng)驗，促進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新和共享。會議可以邀請國內(nèi)外知名專家學(xué)者進(jìn)行技術(shù)報告和研討，拓寬行業(yè)技術(shù)視野，推動技術(shù)創(chuàng)新的國際化合作 。

3.3、建設(shè)新能源汽車充電智能管控平臺

        建設(shè)新能源汽車充電智能管控平臺，實現(xiàn)對光儲充電站及其相關(guān)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控、管理和控制。在平臺上集成各類傳感器和監(jiān)測設(shè)備，實時獲取車輛運(yùn)行情況、充電設(shè)備狀態(tài)、電能供需情況、充電樁使用情況等數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)反饋到平臺進(jìn)行實時監(jiān)控 。運(yùn)營人員通過平臺可以隨時了解充電設(shè)備的運(yùn)行狀況，及時發(fā)現(xiàn)并處理設(shè)備故障、異常充電等情況，提高設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性。例如，當(dāng)充電樁出現(xiàn)故障時，平臺能夠及時發(fā)出警報，并提供故障診斷信息，幫助維修人員快速定位和解決問題 。

四、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4.1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**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)以及充電樁的接入，*天候進(jìn)行數(shù)據(jù)采集分析，直接監(jiān)視光伏、風(fēng)能、儲能系統(tǒng)、充電樁運(yùn)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(jì)優(yōu)化運(yùn)行為目標(biāo)，促進(jìn)可再生能源應(yīng)用，提高電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性、補(bǔ)償負(fù)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(fù)荷，提高電力設(shè)備運(yùn)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(jì)運(yùn)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。

典型微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)組網(wǎng)方式

4.2. 實時監(jiān)測

        微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)人機(jī)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(yùn)行狀態(tài)，實時監(jiān)測各回路電壓、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：三相電流、三相電壓、總有功功率、總無功功率、總功率因數(shù)、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。

圖2系統(tǒng)主界面

4.3. 光伏界面

        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(yùn)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(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行展示。

圖2 光伏系統(tǒng)界面

4.4. 儲能界面

本界面主要用來展示本系統(tǒng)的儲能裝機(jī)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3 儲能系統(tǒng)界面

4.5. 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(jìn)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(jìn)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4 光伏預(yù)測界面

五、結(jié)論

        光儲充電站一體化系統(tǒng)通過將光伏發(fā)電、儲能系統(tǒng)以及充電系統(tǒng)相結(jié)合，實現(xiàn)電能的*效利用，促進(jìn)電能的穩(wěn)定供應(yīng)，提高電力系統(tǒng)的可靠性，推動清潔能源的可持續(xù)發(fā)展。因此，在光儲充電站一體化協(xié)同發(fā)展中，需要通過構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)展良好格局、加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展、能源轉(zhuǎn)型與交通的協(xié)同、加強(qiáng)微電網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用、構(gòu)建信息化管理平臺、建設(shè)新能源汽

車充電智能管控平臺等策略，構(gòu)建光儲充電站一體化協(xié)同發(fā)展模式，確保系統(tǒng)的*效性，實現(xiàn)能源的可持續(xù)利用，促進(jìn)環(huán)境保護(hù)的落實，共同推動光儲充電站一體化協(xié)同發(fā)展的進(jìn)程。