安科瑞 劉秋霞
摘要：光儲充一體化電站建設已經進入了高速發展時期，對光儲充一體化電站建設的重要作用與實際情況進行了簡要的介紹，并在此基礎上分析了光儲充電站建設的具體系統結構和控制方式，進一步闡述了光儲充一體電站的運行技術情況，便于將光儲充一體化電站與現有配網接入，促進新能源健康發展，推動電動汽車行業的進步。同時，確保發電質量的良好，并提升充電速率。
關鍵詞：光儲充一體化電站；電動汽車；低碳經濟
0引言
為了應對日益嚴峻的環境污染與國內能源結構調整與提升壓力，對可再生能源的大力扶持已經成為非常重要的能源建設內容。同時，隨著低碳經濟的進一步推進，我國新能源產業進入到一個蓬勃發展與快速推進的時期，電動汽車的普及是我國交通領域重*的車用能源綠色行動。光能是一種普及推廣的可再生能源，我國還需開展光能發電的研究，相關技術已經有了很大的進步。光儲充一體化電站的建設提供了一個非常良好并且有效的途徑，改善光能發電的穩定性同時確保了負載輸出的*效，值得進行大力推廣發展和應用。我國的電網建設在飛速發展，為提升其安全性與可靠性，需要加大相應的電站建設。結合光能發電技術，進行光儲充一體化電站建設，對推進整體電網建設。發展完善國內基礎設施建設工作具有重要作用。
面對零碳目標下新能源+儲能快速規模化發展的新機遇，持續深化技術創新，以更科學合理的系統方案設計進一步挖掘和提升儲能的服務價值，實現儲能與電網從被動適應向主動安全、主動支撐轉變，為構建上下游產業鏈命運共同體、促進儲能產業健康可持續發展提供堅實保障。
1光儲充一體式充電站建設意義
光儲充一體化模式就是將光伏發電、儲能電池和充電樁組成一個微電網，利用光伏發電，將電量存儲在儲能電池中，當發電不穩定時，儲能電池將電量供給充電樁使用。充電樁通過光儲充系統，將清潔電源輸送給新能源汽車進行智能化柔性充電。目前，**雙碳政策的發展方向，順應發展趨勢。其次，光儲充電站有效減少對電網的沖擊。根據了解，目前市面公共直流快充樁的功率達60kW以上，大型城市使用這種快充樁將對電網造成沖擊，而光儲充電站中的儲能系統通過削峰填谷平衡大電流對電網產生的沖擊，保護電網穩定運行。后，光儲充電站為動力電池回收提供途徑。我國正迎來動力電池的退役潮，退役電池可回收作為光儲充電站的儲能電池使用，將動力電池價值大化同時減少了環境污染。一般情況下，為滿足充電站的用電需要，在進行整個建設過程中需要建立起一個完整完善的供電系統，并且對應的電力系統還需要與公共電網連接，通過接入電網購電。因此，引入并設置光儲充一體化電站建設十分重要，并且進行電站建設時還要考慮充電站整體的占地面積情況。通常，需建設完整的光儲充配電系統，滿足實際用電需要。當整個光儲充一體化電站系統在進行子系統連接時，會采用三相交流母線接入的方式將光伏系統設備線路與存儲系統、設備線路以及充電設備線路進行聯絡，再進行并網設置，從而解決整體集中大功率充電可能帶來的問題，確保整個光儲充電站能夠自己發電并自己用電，完成電能的消耗，實現良好的儲電用電保障功能。
2光儲充一體化電站系統研究
光儲充一體化電站的關鍵技術涵蓋的內容非常廣泛，包括光儲充一體化電站的整體系統與子系統的相關技術、光儲充一體化電站建設過程中需要安裝的各類設備以及光儲充一體化電站建設完成后對整個系統運行情況的全*控制，以保證光儲充一體化電站的穩定運行。
2.1光儲充一體化電站設備
總體來說，光儲充一體化電站的設備主要由光伏設備、儲能設備以及充電設備3個部分組成。
光伏設備是將光能或太陽能轉化為電能的設備，光伏設備本身的電力輸出能力與太陽輻射強度、周圍環境溫度有關。光伏發電設備如圖1所示。
圖1光伏發電設備
儲能設備的設置需要考慮儲能容量的實際配置情況，對應的儲能系統在進行充放電時，需要考慮充放電的周期和充放電的實際效率，并對充放電的上限值和下限值進行控制。儲能設備和儲能系統運行過程中，需要對儲能系統本身的建設成本和效益進行估算，這一過程通常利用儲能設備或儲能系統的使用壽命模型進行預測，由此計算出儲能設備或儲能系統在運行全過程中能夠產生的終效益。目前來說，常見的儲能方式之一就是運用電池進行儲能。由于電池本身完成充放電的次數是有限的，應對整體效益進行估算。根據現有技術，電池的充放電循環次數與電池本身的工作環境情況密切相關，并且受充放電的深度影響。影響儲能系統或設備成本的原因就是在日常使用過程中的維護與運營，維護運營工作本身需要成本，而維護和運營工作的成果對儲能系統本身的使用壽命也有比較突出的影響。
2.2光儲充電站建設的系統結構
光儲充一體化電站系統結構如圖2所示。光儲充一體化電站系統本身在新能源汽車領域應用較多，單獨設置的光伏模塊、儲能模塊以及充電模塊彼此連接并接入統一配電線路，形成一個完整的微電網。對于光儲充一體化電站而言，這樣的微電網需要具備接入整個城市供電系統以及供電線路的基礎功能。
圖2光儲充一體化電站系統結構
在進行電站建設的時候，基礎的就是需要包括光伏系統、儲能系統以及充電系統3個方面。在此基礎上，還要配有相對應的監控系統，監測整個電站的充放電情況，對電站的各項數據進行采集，良好地完成對電站的功率分配工作，確保能夠滿足不同用電設備和用電區域的具體需求。
此外，可以結合現有的自動化技術和信息技術建立一個完整的云端綜合控制管理平臺，對采集到的數據進行綜合性處理、預測與分析，更好地完成整個系統中電力的優化配置與調度工作，準確下達對總系統的控制命令，從而使整個光儲充一體化電站的功能得到完善與提升。
2.3光儲充一體化電站的控制方式
目前比較常見的控制模式主要包括2種，一是并網控制，二是離網控制。如果處在并網控制的狀況下，那么結合上述所提到的云端綜合控制管理平臺了解次日天氣數據與信息及歷史的光伏發電功率、數據情況，結合次日的光伏功率情況對整體發電狀況進行預測，由此下發具體的電力調度曲線情況給各自監控系統，并對光儲充一體化電站電的發電功率進行限制補充以及調整，從而使得整個光儲充一體化電站的發電穩定，并且不會對電網整體的電能穩定性和發電質量造成干擾。而接入的電網本身，由于自然條件和氣候因素變化，加之用電高峰期等問題存在不能夠良好地對整個工業園區進行用電的情況，此時可以考慮切換到一個離網運行模式。采用該模式后，即使外接電網出現了故障，也可以確保整個工廠仍然在有序穩定的進行相應的生產工作，通過對儲電、儲能、光伏發電等設備實際運行功率的調整和聯合，確保終的發電更加穩定。
2.4持續優化設備整體配置情況
通過對光儲充一體化電氣設備的整體系統模型構建，優化整體用電設施設備的資源配置，從而確保整體電站可以獲得大的凈收益。因此，要對設備的整體配置不斷優化，對各項技術進行革新和改進，以確保終電站建設完成后效益的大化。
3能量管理系統各功能的實現
光伏電站本身會對整體電網產生比較明顯的沖擊與影響，這就造成了光伏電站現在的應用情況處在一種自給率低且對光伏電站并網工作存在限制的情況。而單獨的充電設施與裝置比較明顯的特點就是容易在用電高峰時對電網造成波動，這種集中性的充電工作增加了整個電網的運行負擔。總體而言，城市整體的電路系統建設中缺少對大規模充電設施的考慮。如果將充電設備直接進行配網，那么需要對相應的變電氣和線路進行改造，增加整體建設成本。如果建設了光儲充一體化電站，可以在用電量較大的時候通過光儲充電站對設備用電情況進行補充，減少接入電網時可能造成的系統干擾問題，提升企業整體的經濟效益，有助于促進企業的綠色發展，具有非常突出的社會效益。
為了滿足電動汽車充電的穩定性和電站運營成本低化，運行控制策略原則如下：一是保證電能輸出的穩定性；二是大程度消納光電能；三是大限度實現削峰填谷作用；四是降低對電網的沖擊。
根據西安市階梯電價運行原則（見表1），結合運行控制策略原則，設計優化策略。
根據峰平谷電價的時間段分布進行控制階段的設定，為3級調控方式，具體如下。
在用電谷值期間，其電價成本低，可由市電進行充電供能并給儲能模塊進行充電作業，保證在平或峰值期間儲能模塊的電量供給。在谷值期間，市電總負荷量也處于低位，在此期間進行供電和儲能充電作業可提高夜間用電量，達到“填谷"的作用。
在平值期間，電價為中等檔次。此時控制策略采取光伏供電預先形式：如果光伏電量能夠滿足電動汽車需求，則單獨供電；如果光伏電量無法滿足電動汽車需求時，則利用儲能設備進行供電（儲能設備電能余量需滿足在高峰期與光伏整體的穩定輸出），仍然不足時需采取市電供電措施。
在峰值期間，電價為高檔。此時應盡量避免采取市電供電：首先，用光伏進行供電，利用儲能設備進行穩定輸出配合；其次，如果光能源電量將出現缺口時，則應采用儲能設備進行補充，穩定輸出；后，在二者均無法滿足供電需求時，補充市電進行充電作業。光儲充一體式充電站運行控制如圖3所示。
圖3光儲充一體式充電站運行控制圖
4安科瑞Acrel-2000ES儲能能量管理系統解決方案
4.1概述
安科瑞Acrel-2000ES儲能能量管理系統具有完善的儲能監控與管理功能，涵蓋了儲能系統設備(PCS、BMS、電表、消防、空調等)的詳細信息，實現了數據采集、數據處理、數據存儲、數據查詢與分析、可視化監控、報警管理、統計報表等功能。在應用上支持能量調度，具備計劃曲線、削峰填谷、需量控制、備用電源等控制功能。系統對電池組性能進行實時監測及歷史數據分析、根據分析結果采用智能化的分配策略對電池組進行充放電控制，優化了電池性能，提高電池壽命。系統支持Windows操作系統，數據庫采用SQLServer。本系統既可以用于儲能一體柜，也可以用于儲能集裝箱，是專門用于儲能設備管理的一套軟件系統平臺。
4.2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。
工商業儲能四大應用場景
1）工廠與商場：工廠與商場用電習慣明顯，安裝儲能以進行削峰填谷、需量管理，能夠降低用電成本，并充當后備電源應急；
2）光儲充電站：光伏自發自用、供給電動車充電站能源，儲能平抑大功率充電站對于電網的沖擊；
3）微電網：微電網具備可并網或離網運行的靈活性，以工業園區微網、海島微網、偏遠地區微網為主，儲能起到平衡發電供應與用電負荷的作用；
4）新型應用場景：工商業儲能探索融合發展新場景，已出現在5G基站、換電重卡、港口岸電等眾多應用場景。
4.3系統結構
4.4系統功能
4.4.1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：三相電流、三相電壓、總有功功率、總無功功率、總功率因數、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、充電樁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2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、充電樁信息、通訊狀況及一些統計列表等。
光伏界面
圖3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。
圖4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。
儲能界面
圖5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6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7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8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9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10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11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12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。
風電界面
圖13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。
充電樁界面
圖14充電樁界面
本界面用來展示對充電樁系統信息，主要包括充電樁用電總功率、交直流充電樁的功率、電量、電量費用，變化曲線、各個充電樁的運行數據等。
視頻監控界面
圖15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。
4.4.2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16光伏預測界面
4.4.3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、有序充電、動態擴容等。
圖17策略配置界面
4.4.4運行報表
應能查詢各子系統、回路或設備規定時間的運行參數，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、正向有功電能等。
圖18運行報表
4.4.5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19實時告警
4.4.6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20歷史事件查詢
4.4.7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、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21微電網系統電能質量界面
4.4.8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22遙控功能
4.4.9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23曲線查詢
4.4.10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用電情況，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24統計報表
4.4.11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25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。
4.4.12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26通信管理
4.4.13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27用戶權限
4.4.14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28故障錄波
4.4.15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*10個掃描周期及事故后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規定和隨意修改。
圖29事故追憶
4.5系統硬件配置清單
結 論
本文將光伏發電、儲能系統與電動汽車充電站結合，并對光儲充一體式充電站設備、結構、運行策略進行了分析，確立了以運行成本為控制主目標、以儲能底循環電量為輔助目標的運行控制策略。本文在運行控制策略模型中對智能算法進行了初步探索，下一步研究中將引進智能算法體系，實現多目標優配置，并結合實例數據進行效果驗證，保證控制策略的可行性。
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