安科瑞 陳聰

摘要：光儲充電站一體化指的是“光伏＋儲能＋充電樁”的一體化系統，充分發揮光伏清潔能源的優勢， 利用太陽能光伏電池板將太陽輻射能轉化為電能，并達到儲能與智能充電的目的，建設綠色環保的充電模式。文章針對光儲充一體化的電站展開了深入研究，對光伏發電系統、儲能系統、充電樁系統以及能源管理系統等進行了詳細探討，并且結合儲能行業的發展趨勢提出了科學的光儲充電站一體化協同發展策略，以推動光儲充行業的綜合效益提升。

關鍵詞：光儲充；充電站；一體化；協同發展；策略

0、引言

近年來，在生態環保建設中，**發展改革委等部門制訂了《關于加快推進充電基礎設施建設更好支持新能源汽車下鄉和鄉村振興的實施意見》，*大地鼓勵了光伏產業的發展，積*建設高質量的光儲充電站一體化項目，以實現社會效益和經濟效益 [1] 。但同時光儲充電站一體化建設也面臨著成本高、投資回收期長等問題，不利于光儲充電站一體化的協同發展。因此，深入研究光儲充電站一體化的原理、關鍵技術以及協同發展策略，對于推動可持續能源發展，提升光儲充電站一體化建設項目綜合效益、促進智能交通建設具有重要意義。

1、光儲充電站一體化概述

光儲充電站一體化是將光伏發電系統、儲能系統、能量管理系統以及充電設施有機結合的能源綜合利用方案，通過將太陽能光伏發電系統與電池儲能系統、能量管理系統等相連，并與充電設施進行整合，實現了清潔能源的*效利用以及穩定儲存電能的目的[2] 。光儲充電站一體化系統的工作原理是 ：光伏發電系統通過太陽能電池板將太陽能轉化為電能，經過光伏逆變器將直流電轉變為交流電，將電能饋入電池儲能系統中進行儲存。

2、光儲充電站一體化系統

2.1 光伏發電系統

光伏發電系統是光儲充電站一體化系統的核心組成部分，由太陽能電池板、逆變器以及交直流電纜等部分組成。光伏發電系統的工作原理是太陽能電池板吸收太陽能并產生直流電，逆變器將直流電轉換為交流電，并通過配電系統將其供給各負載以及充電設施，進一步實現清潔能源的*效利用，為光儲充電站的可持續運行提供穩定的電能保障。

2.2 儲能系統

儲能系統是用于儲存光儲充電站一體化系統電能的重要部分，在需要時進行供電，有助于解決光伏發電系統的不穩定性等問題，提高能源利用效率，實現對電能的有效管理。儲能系統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電能與儲能電池電能之間的能量雙向傳遞，通過控制實現對儲能系統充放電的管理，更好地滿足電能相應需求。儲能電池組是光儲充電站一體化系統中儲能系統的重要組成部分，用于存儲光伏發電系統產生的電能，以供給充電設施使用。采取模塊化設計方法，對多個電池進行并聯組成電池組，借助電池管理單元，實現對電池電流、溫度以及電壓等相關參數的監測，以確保儲能電池組的穩定運行。

2.3 充電樁系統

充電樁是用于給新能源電動汽車提供能源補給的裝置。充電樁系統主要包括充電樁、充電控制器、通信模塊以及安全保護裝置等。①充電樁是實現為電動汽車充電功能的設備，涉及充電接口、充電線纜、充電插座等。充電樁通過設計不同的充電標準、功率等級等相關參與，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的核心部件，負責對電動汽車的充電過程進行控制，具有充電功率調節、充電模式選擇、充電計量、充電安全保護等功能。③通信模塊用于實現充電樁系統與后臺管理系統進行數據交互，以達到對充電樁的遠程監控與管理、充電服務接入、數據采集與分析等功能 [3] 。

2.4 能量管理系統EMS

能量管理系統是整個光儲充電站一體化系統的執行*樞機構，負責對光儲充電站內各種系統進行監控、調度，加強電能的優化管理，以實現能源的*效利用，促進電能的合理分配。能量管理系統通常具有能源監測與調度、負荷管理、故障診斷與分析等功能。①能源監測是能量管理系統通過實時監測光儲充電站內各系統電能的產生、消耗以及儲存情況，提供數據支持，并且對系統狀態進行實時反饋。同時調度會根據不同的電能需求以及供應的實際情況，對太陽能發電、儲能系統以及充電設備進行智能調度，更好地優化電能配置，以*大限度地提高電能利用率。②負荷管理是根據用戶需求以及電網負荷情況，合理分配調節充電設備的功率輸出，以平衡電網負荷。

3、光儲充電站一體化協同發展策略

3.1 構建系統發展良好格局

光儲充電站一體化協同發展是實現清潔能源專項發展，推動智能電網高質量發展的關鍵內容。①**的光儲充電站技術，通過合作研究、人才培養以及技術創新，加快技術成果轉化。③相關企業積*打造示范項目，建設一批光儲充電站一體化的示范項目，以實際案例證明協同發展的可行性，彰顯該項目所帶來的綜合效益，吸引更多 企業參與到光伏產業發展中，推動能源的轉型發展。

3.2 加強產業協同發展

為了更好地彰顯光儲充電站一體化系統的綜合價值，**積*引導光伏、儲能以及充電設備等相關產業進行銜接，促進產業鏈的完整，構建協同發展的良好局面。例如，鼓勵光伏企業與儲能企業合作，共同開發具有光儲互補特性的產品，促進光儲充電站一體化建設質量提升 [4] 。同時要加強技術研發合作，推動光儲充電站領域的技術研發合作，促進技術創新和共享，通過聯合研發項目、技術交流會議等方式，促進企業與研究機構之間的合作。②構建統一的產業標準，制訂標準化的光儲充電站一體化系統的模式，促進產業協同的規范，提高設備的互操作性，降低市場準入門檻，促進產業的健康競爭，推動整個光伏產業鏈的健康持續發展。

3.3 構建信息化管理平臺

為了更好地促進光儲充電站一體化協同發展的資源共享，還需要積*落實信息化管理平臺的建設，圖2所示為信息化管理平臺的基本架構。借助數據采集、數據分析、監控管理*心等功能，加強對系統運行狀態的監測。①光儲充電站監控系統是指用于實時監測、管理和控制光儲充電站運行狀態的一套系統。該系統由傳感器、數據采集設備、通信網絡和監控軟件等部分組成，針對省內光儲、儲能站點監控、運維、統計等業務需求進行實時監測，通過多維度數據分析單元，實現削峰填谷、谷電利用、新能源消納等功能，輔助公司運營決策，提升“光儲充”一體化充電站運行經濟效益。②數據集成與共享功能，實現光儲充電站各個環節的數據集成與共享。借助物聯網、云計算、大數據等信息化技術和手段，對光儲充電站的運行數據、能源消耗情況、設備狀態等信息進行實時監測，并且給出管理決策支持，提高光儲充電站一體化系統的運維效率[5]。

3.4 建設新能源汽車充電智能管控平臺

為了更好地降低光儲充電站一體化建設成本，推動新能源電動汽車與光伏行業的可持續發展，還需要建設新能源汽車充電智能管控平臺，實現對光儲充電站及其相關設備的遠程監控、管理和控制，提升充電服務的質量。①平臺具有遠程監控與管理功能。在該平臺上集成各類傳感器和監測設備，實時獲取車輛運行情況、充電設備的狀態、電能供需情況、充電樁使用情況等數據， 并將其反饋到平臺上進行實時監控。運營人員通過平臺隨時了解充電設備的運行狀況，及時處理異常情況，提高設備的穩定性。②充電樁調度與優化功能。平臺根據充電需求、電能供應情況、交通流量等因素，通過算法模型進行充電樁的動態調度，合理優化配置。例如，在高峰期提前預測充電需求，并合理安排充電樁的使用時間以及充電速率，以減少用戶等待時間，避免充電擁堵情況，提高充電效率。

4、Acrel-2000MG微電網能量管理系統概述

4.1概述

Acrel-2000MG微電網能量管理系統，是我司根據新型電力系統下微電網監控系統與微電網能量管理系統的要求，總結國內外的研究和生產的**經驗，專門研制出的企業微電網能量管理系統。本系統滿足光伏系統、風力發電、儲能系統以及充電樁的接入，*天候進行數據采集分析，直接監視光伏、風能、儲能系統、充電樁運行狀態及健康狀況，是一個集監控系統、能量管理為一體的管理系統。該系統在安全穩定的基礎上以經濟優化運行為目標，促進可再生能源應用，提高電網運行穩定性、補償負荷波動；有效實現用戶側的需求管理、消除晝夜峰谷差、平滑負荷，提高電力設備運行效率、降低供電成本。為企業微電網能量管理提供安全、可靠、經濟運行提供了全新的解決方案。

微電網能量管理系統應采用分層分布式結構，整個能量管理系統在物理上分為三個層：設備層、網絡通信層和站控層。站級通信網絡采用標準以太網及TCP/IP通信協議，物理媒介可以為光纖、網線、屏蔽雙絞線等。系統支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信規約。

4.2技術標準

本方案遵循的**標準有：

本技術規范書提供的設備應滿足以下規定、法規和行業標準：

GB/T26802.1-2011工業控制計算機系統通用規范*1部分：通用要求

GB/T26806.2-2011工業控制計算機系統工業控制計算機基本平臺*2部分：性能評定方法

GB/T26802.5-2011工業控制計算機系統通用規范*5部分：場地安全要求

GB/T26802.6-2011工業控制計算機系統通用規范*6部分：驗收大綱

GB/T2887-2011計算機場地通用規范

GB/T20270-2006信息安全技術網絡基礎安全技術要求

GB50174-2018電子信息系統機房設計規范

DL/T634.5101遠動設備及系統*5-101部分:傳輸規約基本遠動任務配套標準

DL/T634.5104遠動設備及系統*5-104部分:傳輸規約采用標準傳輸協議子集的IEC60870-5-網絡訪問101

GB/T33589-2017微電網接入電力系統技術規定

GB/T36274-2018微電網能量管理系統技術規范

GB/T51341-2018微電網工程設計標準

GB/T36270-2018微電網監控系統技術規范

DL/T1864-2018獨立型微電網監控系統技術規范

T/CEC182-2018微電網并網調度運行規范

T/CEC150-2018低壓微電網并網一體化裝置技術規范

T/CEC151-2018并網型交直流混合微電網運行與控制技術規范

T/CEC152-2018并網型微電網需求響應技術要求

T/CEC153-2018并網型微電網負荷管理技術導則

T/CEC182-2018微電網并網調度運行規范

T/CEC5005-2018微電網工程設計規范

NB/T10148-2019微電網*1部分：微電網規劃設計導則

NB/T10149-2019微電網*2部分：微電網運行導則

4.3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。

4.4型號說明

4.5系統配置

4.5.1系統架構

本平臺采用分層分布式結構進行設計，即站控層、網絡層和設備層，詳細拓撲結構如下：

圖1典型微電網能量管理系統組網方式

4.6系統功能

4.6.1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。

4.6.1.1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。

4.6.1.2儲能界面

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。

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*大、*小電壓、溫度值及所對應的位置。

4.6.1.3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。

4.6.1.4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。

4.6.1.5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。

4.6.2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

4.6.3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

4.6.4運行報表

應能查詢各子系統、回路或設備*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

4.6.5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

4.6.6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

4.6.7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*分百和正序/負序/零序電壓值、三相電流不平衡度*分百和正序/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、*大值、*小值、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

4.6.8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

4.6.9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。

4.6.10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

4.6.11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。

4.6.12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。

4.6.13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。

4.6.14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。

4.6.15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，存儲事故前*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*定和隨意修改。

圖29事故追憶

5、硬件及其配套產品

結束語

光儲充電站一體化系統通過將光伏發電、儲能系統以及充電系統相結合，實現電能的*效利用，促進電能的穩定供應，提高電力系統的可靠性，推動清潔能源的可持續發展。因此，在光儲充電站一體化協同發展中，需要通過構建系統發展良好格局、加強產業協同發展、能源轉型與交通的協同、加強微電網技術的應用、構建信息化管理平臺、建設新能源汽車充電智能管控平臺等策略，構建光儲充電站一體化協同發展模式，確保系統的*效性，實現能源的可持續利用，促進環境保護的落實，共同推動光儲充電站一體化協同發展的進程。

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