安科瑞 劉邁

　　摘要：文章概述了光儲充一體化電站系統的內涵，并從光伏發電技術、儲能技術、充電技術和多能源協同控制技術等方面，分析了光儲充一體化電站的核心技術，以期為未來低碳能源的**利用和綠色經濟的可持續發展提供新的思路。

　　關鍵詞：新能源；光儲充一體化電站；光伏發電；儲能系統

　　0 引言

　　近年來，電動汽車發展迅速，為充電基礎設施的建設帶來了新的機遇和挑戰。光儲充一體化電站應運而生，將光伏發電、儲能與電動汽車充電三者有機結合，既能為電動汽車提供綠色能源，又能提高新能源的利用效率。當前，光儲充一體化電站不僅具有降低能源成本、提高能源利用效率的技術優勢，還在分布式能源、智能電網等領域展現出廣闊的應用前景。

　　1 光儲充一體化電站系統概述

　　光儲充一體化電站系統是一種集光伏發電、儲能及電動車充電于一體的新型能量管理系統，其主要功能是利用光伏模塊將太陽能轉換成電能，再由儲能系統儲存和分配電能。同時，該系統還可以對電動車進行充電。光儲充電站除了具有發電的作用外，還可以有效均衡用電和供給、提高能源利用效率和實現能源管理的智能化。其中，光伏發電系統利用光伏組件將太陽能轉換為電能，具有清潔、**、無污染等優點，是一種可持續、低碳的新能源。

　　作為光儲充一體化的重要組成部分，能量存儲是解決光儲系統不穩定的重要手段。儲能系統通過存儲過剩的電量，在峰值時段將其釋放出來，為充電設備及其他負荷提供連續的電力供應，實現電網負荷均衡。充電站是連接電動車與電網的紐帶，對電動車進行直流或交流充電，并與儲能系統、太陽能電池等技術相結合，可實現充電過程中電能利用的*大化。在為電動車提供一種綠色、低成本的能源解決方案的同時，降低了對傳統電網的依賴。

　　2 光儲充一體化電站的核心技術

　　2.1 光伏發電技術

　　2.1.1 光伏組件選型與安裝技術

　　在光伏發電系統中，光伏組件作為其核心構件，其選型與安裝技術的恰當與否直接關系到系統的發電效率及其運行穩定性。特別是在光儲充一體化電站中，光伏組件的選擇與安裝是否科學合理，成為確保電站**運行的關鍵因素。光伏組件包括晶硅電池和薄膜電池，其中晶硅電池又可細分為單晶硅和多晶硅。單晶硅光伏組件具有較高的轉換效率和較長的使用壽命， 適用于空間受限的環境。

　　盡管多晶硅組件的轉換效率略低，但成本相對較低，具有一定的經濟優勢。薄膜電池則在低光效應和弱光環境下的表現更為優異，但其轉換效率相對較低。因此，在光儲充電站的建設中，應根據項目的預算、地理位置、氣候條件及空間限制等多方面因素，綜合考量以選取*適宜的光伏組件類型。

　　光伏組件的安裝位置、安裝角度等因素直接影響其接受光照的效果和發電效率，通常需要考慮到當地的地理位置、日照路徑等因素，才能*大限度地保證光照的持續時間與角度。常用的安裝方法有固定傾斜安裝、跟蹤系統安裝等，其中固定傾斜安裝方式較為簡單，維修成本較低，但是發電效率較低，而跟蹤系統可以對太陽能進行自動調節，可以*大地提高發電效率，但是需要更高的費用。另外，為了防止熱斑效應或其他不利的因素，還需要考慮通風狀況、積塵、遮擋等方面。

　　2.1.2 光伏組件發電效率的影響因素與優化

　　為了達到*大的發電效率，需要在光照較好的地方建立光伏電站，并在光伏電池板上安裝一個光伏追蹤系統，可自動調節部件傾斜角度，使之始終對準太陽，增加照明的利用率。光伏組件的工作溫度是影響其能量轉換效率的重要因素，高溫會降低電池使用效率。為降低溫差對發電效率的影響，需在機組內設置合理的通風條件，并采取有效的散熱措施，或采用冷卻系統或熱管理等方式對機組表面進行溫度調控。

　　光伏組件表面的灰塵、落葉等雜物，會影響光伏組件的光電轉換效率，因此需要對其進行周期性清洗，以保證電池的**發電。另外，建筑物、樹木等遮擋物對光伏組件的集光效應也有一定的影響。

　　光伏發電系統的電氣連接方式、逆變器的效率、組件的匹配等直接關系到整個系統的發電效率，采用**率的逆變器并對其進行合理的布線設計，可以有效地降低電能損耗。同時，保證各模塊電參數的一致性，避免由于部件特性不同而產生的發電損失。

　　2.2 儲能技術

　　2.2.1 電池儲能系統的種類與選擇

　　根據電化學技術的不同，常見的電池儲能系統種類包括鋰離子電池、鈉硫電池、鉛酸電池等，每種類型都有其特性和應用場景。鋰電池是目前*廣泛應用的儲能電池，具有高能量密度、長循環壽命、較快的充放電速度等優勢。鋰電池的體積小、效率高，非常適合在光儲充電站中使用，然而，其成本較高，且存在一定的熱失控風險，需采取適當的管理和保護措施。鈉硫電池具有較大的能量存儲容量，適合大規模的儲能應用，其特點包括**率、長壽命及環保性較好。

　　鈉硫電池的工作溫度較高約為 300 ℃，通常用于需要大容量、長時儲能的場景，如電網平衡和負載管理，但在空間有限的光儲充電站中應用相對較少。鉛酸電池具有技術成熟、成本低廉的優勢，但其能量密度較低、使用壽命較短，且對環境有一定的影響。鉛酸電池主要應用于對成本敏感的場景，但隨著鋰電池的技術進步和成本下降，其在儲能系統中的應用逐漸減少。在光儲充電站中，鋰離子電池因其**、靈活和適應性強，通常是儲能技術，鈉硫電池和固態電池則適用于需要高容量儲能或特定技術場景的項目。

　　2.2.2 儲能系統的優化設計與運行策略

　　光伏發電具有波動、間歇性等特點，要求既要有充足的存儲容量，又要有充足的能量滿足快速負荷的需求。根據不同的儲能需求，設計多階段的儲能體系，短期的功率波動可通過超級電容或飛輪儲能來解決，中長期的儲能需求可通過鋰或鈉硫電池等長期儲能方式來實現。將多種能量存儲方式結合起來，實現系統的快速、穩定運行。智能能量管理系統是光儲充一體化發電系統的核心部件，它能夠依據負荷需求、光伏發電及儲能系統的運行狀況，對其進行動態調整。

　　智能能量管理系統能夠釋放在高峰用電時將存儲的電量，在光照較強的時候再對其進行充電，以達到*大的經濟效益。儲能系統在工作過程中會產生大量的熱能，特別是鋰電池，過熱會降低能量存儲單元的效率，甚至引發安全事故。為了保證蓄電池在安全的環境下正常工作，能量存儲系統需要有良好的散熱控制系統。另外，電池管理系統還對電池的電壓、電流、溫度等進行監測，避免發生過充、過放電等情況。

　　2.3 充電技術

　　2.3.1 直流快充與交流慢充技術的比選

　　直流快充通過將交流電直接轉換為直流電，快速為電動汽車的電池充電，通?？梢栽?0.5 ～ 1 h內將電池充滿 80%。因此，適合需要快速補充電量的場景，如高速公路服務區、城市公共充電站等。直流快充的功率較高，通常在 50 ～ 350 kW，部分新一代超快充電樁的功率甚至更高，由于其高功率需求，快充站的電力基礎設施需要較大的容量和更強的電網支持。直流快充技術設備較復雜、安裝成本高，但其充電效率高、時間短，適合用戶追求快速充電的場景，盡管建設成本高，但隨著電動車保有量的增加，快充站逐漸成為必需的基礎設施。

　　交流慢充是指為電動車提供交流電，利用車載充電器將交流電轉換為直流電，一般要 6 ～ 8 h才能充滿電，適用于長期停車的場合，如家庭、辦公室等。交流慢充所需的功率比較小，通常為 3 ～ 22 kW，因為其功率小，所以對電網負載的需求不大，適用于停車時間長，充電頻率低的場合。交流慢充樁具有造價低廉、安裝方便等優點，是普通家庭和企業用戶普遍采用的一種充電方式，具有較長的充電時間，但是對電網的需求不高，因此適用于小區、停車場等大規模的低速充電場景。

　　2.3.2 充電樁布局設計與功率需求

　　充電設施的布局要考慮到電動車的行駛軌跡，在交通樞紐、購物中心、辦公區域等區域內，合理布置充電樁，小區和其他人口密度較大的地區，便于使用者迅速尋找充電地點。為滿足長時間駕車的車主對車輛的快速充電要求，高速公路服務區還需配備直流快充樁。根據實際情況，對各地區進行合理布局，以避開地域上過分密集和稀疏的情況，城區中心可適當加大充電樁的數量，以減輕高峰時段的用電需求。

　　在城鄉接合部、農村地區，可與長期停車的停車場相結合，設置慢充點，以滿足用戶的長期需要。特別是在電網容量受限的區域，光儲充電站需要與儲能系統進行合理的匹配，利用儲能系統技術在非用電高峰期間進行存儲電能，為充電高峰時刻提供附加用電支撐。減少對電網的影響，提高電站運行效率。

　　由于直流快充樁的動力比較大，因此對其供電容量提出了更高的要求，一臺 50 kW 的快充樁可供 5 臺車充電，其所需電能*少為 250 kW。因此，在大規模的公用充電站建設中，既要保證有充足的負載容量，又要在用電低谷時利用儲能系統，降低*大負荷。交流慢充樁功率小，適用于小區、停車場等場所，單根慢充樁可輸出 3 ～ 22 kW。

　　從供電要求來看，慢充電站對電網負荷不大，但是在多個慢充電站同時采用時，仍然需要做好供電方案的規劃，避免局部電力不足的情況。對快充樁和慢充樁的配比進行合理規劃，按客戶要求進行動力分配，在交通流量大、充電需求迫切的區域，可適當增設快充樁，而在需要長期停放的地方，緩慢充電可以滿足需要。

　　2.3.3 車聯網技術與充電系統智能化管理

　　車聯網是一種將電動汽車、充電樁、電網、云平臺等連接起來的一種新技術，它能夠與充電設備進行交互。車聯網能夠實現對汽車充電狀態的控制，預約充電時間，查詢充電站點的位置，為用戶提供方便快捷的充電服務，充電站運營方還能利用車聯網平臺對設備的運行狀態進行實時監測，從而實現對充電管理的優化。

　　該智能管理系統可以根據電網負荷情況、儲能系統容量和客戶充電要求，對充電樁進行合理的配置。例如，在用電高峰期，可以對某些汽車進行一定程度的充電，或者對儲能系統進行優先供電，降低負載在電網上的壓力。基于分時定價策略的智能管理系統，用于指導客戶在低價格時段進行充電，既能減少用戶充電費用，又能減輕高峰時段給電網帶來的影響，同時也能*大限度地優化供電資源配置。

　　該智能管理系統能夠實現對充電樁的遠程監測，發現充電樁出現的故障或異常狀況，縮短停車時間，提高充電設備的利用率和維修效率。車聯網可使車輛與電網之間的雙向互動，在空閑狀態下，可將車內蓄電池的電量反饋至電網，達到能量雙向流通。

　　2.4 多能源協同控制技術

　　通過對光伏發電、儲能系統、電動汽車充電需求、電網負荷等進行實時監測，實現對新能源供需的準確預測。在此基礎上，提出了一種基于分布式電源的動態調度方法。在多能互補系統中，應以光伏發電為主，在日照充足的情況下，利用光伏系統對電動車進行充電，當光電功率過剩時，能量儲存系統會對其進行充電并儲存。

　　在夜晚或者光線較暗的情況下，通過蓄電池放電來對電動車的供電，從而*大限度地降低了對電力網絡的依賴。在高負荷情況下，多能互補系統可通過對光伏、儲能等方式進行調節，緩解電網壓力。相反，在電網負荷很小的情況下，儲能系統則可以通過存儲過剩的電能，使能量供需達到均衡，達到對電能的合理配置。

　　結合智能管理系統，對光伏發電、儲能系統、充電站等能量流動進行實時監測，并對其進行反饋調整，保證系統穩定**地工作。一旦其中一方的能量變動，系統會立刻調用其他的能量源來補足，以保證能源的均衡。分布式能量系統采用分布式控制器與中央協調控制器相結合的方式，以保證多能系統的協同工作。

　　儲能系統是調控體系中的關鍵一環，其主要功能是對剩余電量進行蓄能，并在充電高峰或高負荷時對蓄能進行放電，保證能源的有效使用和整個系統的穩定性。

　　3 光儲充一體化電站的未來展望

　　光儲充一體化電站在未來能源領域的發展前景廣闊，其核心在于實現更**、可靠、環保的能源供應。隨著太陽能電池效率的持續提升和成本的進一步降低，光伏發電將更加**和經濟，使光儲充一體化電站在各種環境下的應用更加廣泛。特別是鈣鈦礦太陽能電池、多結合太陽能電池等新型**率太陽能電池技術的發展，將大幅提升光伏組件的轉換效率，進一步推動光儲充一體化電站的效率和成本效益。在儲能技術方面，鋰離子電池、液流電池等**儲能系統的研發和優化，將大幅提升儲能容量和壽命，降低成本，這對于平衡光伏發電的間歇性和不穩定性至關重要，提高了電站的調峰能力和可靠性。未來光儲充電站將更多采用智能化的能量管理系統，利用物聯網、大數據分析和人工智能技術進行能量的**分配和優化管理，實現對能源需求的精準預測和響應，從而提高能源的利用效率和電站的經濟性。分布式能源系統和微電網的發展將使光儲充一體化電站在城市和農村能源供應中扮演更加重要的角色。這種模式有助于提高能源供應的靈活性和可靠性，特別是在偏遠地區或災難情況下，能夠提供穩定的能源供應。環保和可持續發展的全球趨勢將進一步推動光儲充一體化電站技術的創新，特別是在減少碳排放和提高能源利用效率方面。光儲充一體化電站不僅能夠推動能源結構的優化和轉型，還能在應對氣候變化和促進可持續發展方面發揮重要作用。

　　4 安科瑞微電網能量管理系統

　　Acrel-2000MG微電網能量管理系統能夠對微電網的源、網、荷、儲能系統、充電負荷進行實時監控、診斷告警、全景分析、有序管理和高級控制，滿足微電網運行監視全面化、安全分析智能化、調整控制前瞻化、全景分析動態化的需求，完成不同目標下光儲充資源之間的靈活互動與經濟優化運行，實現能源效益、經濟效益和環境效益*大化。

　　4.1 主要功能

　　實時監測；

　　能耗分析；

　　智能預測；

　　協調控制；

　　經濟調度；

　　需求響應。

　　4.2 系統特點

　　平滑功率輸出，提升綠電使用率；

　　削峰填谷、谷電利用，提高經濟性；

　　降低充電設備對局部電網的沖擊；

　　降低站內配電變壓器容量；

　　實現源荷*高匹配效能。

　　4.3 相關控制策略

　　序號系統組成運行模式控制邏輯

　　1市電+負荷+儲能峰谷套利根據分時電價，設置晚上低價時段充電、白天高價時段放電，根據峰谷價差進行套利

　　2需量控制根據變壓器的容量設定值，判斷儲能的充放電，使得變壓器容量保持在設定容量值以下，降低需量電費

　　3動態擴容對于出現大功率的設備，且持續時間比較短時，可以通過控制儲能放電進行補充該部分的功率需求，

　　4需求響應根據電網調度的需求，在電網出現用電高峰時進行放電、在電網出現用電低谷時進行充電；

　　5平抑波動根據負荷的用電功率變化，進行充放電的控制，如功率變化率大于某個設定值，進行放電，主要用于降低電網沖擊

　　6備用當電網出現故障時，啟動儲能系統，對重要負荷進行供電，保證生產用電

　　7市電+負荷+光伏自發自用、余電上網光伏發電優先供自己負荷使用，多余的電進行上網，不足的由市電補充

　　8自發自用主要針對光伏多發時，存在一個防逆流控制，調節光伏逆變器的功率輸出，讓變壓器的輸出功率接近為0

　　9市電+負荷+光伏+儲能自發自用通過設置PCC點的功率值，系統控制PCC點功率穩定在設置值。在這種狀態下，系統處于自發自用的狀態下，即：

　　1）當分布式電源輸出功率大于負載功率時，不能被負載消耗時，增加負載或儲能系統充電。

　　2）當分布式電源輸出功率小于負載功率時，不夠負載消耗時，減少負載（或者調節充電功率）或者儲能系統對負載放電。

　　10削峰填谷1）根據用戶用電規律，設置峰值和谷值，當電網功率大于峰值時，儲能系統放電，以此來降低負荷高峰；當電網功率小于谷值時，儲能系統充電，以此來填補負荷低谷，使發電、用電趨于平衡。

　　2)根據分布式電源發電規律，設置峰值和谷值，當電網功率大于峰值時，儲能系統充電，以此來降低發電高峰；當電網功率小于谷值時，儲能系統放電，以此來填補發電低谷，使發電、用電趨于平衡。

　　11需量控制在光伏系統*大化出力的情況下，如果負荷功率仍然超過設置的需量功率，則控制儲能系統出力，平抑超出需量部分的功率，增加系統的經濟性。

　　12動態擴容對于出現高負荷時，優先利用光儲系統對負荷進行供電，保證變壓器不超載

　　13需求響應根據電網調度的需求，在電網出現用電高峰時進行放電或者充電樁降功率或停止充電、在電網出現用電低谷時進行充電或者充電充電；

　　14有序充電在變壓器容量范圍內進行充電，如果充電功率接近變壓容量限值，優先控制光伏*大功率輸出或儲能進行放電，如果光儲仍不滿足充電需求，則進行降功率運行，直至切除部分充電樁（改變充電行為），對于充電樁的切除按照后充先切，先來后切的方式進行有序的充電。（有些是以充電時間與充電功率為控制變量，以充電費用或者峰谷差*小為目標）

　　15經濟優化調度對發電用進行預測，結合分時電價，以用電成本*少為目標進行策略制定

　　16平抑波動根據負荷的用電功率變化，進行充放電的控制，如功率變化率大于某個設定值，進行放電，主要用于降低電網沖擊

　　17力調控制跟蹤關口功率因數，控制儲能PCS連續調節無功功率輸出

　　18電池維護策略定期對電池進行一次100%DOD深充深放循環；通過系統下發指令，更改BMS的充滿和放空保護限值，以滿足100%DOD充放，系統按照正常調度策略運行

　　19熱管理策略基于電池的*高溫度，控制多臺空調的啟停

　　削峰填谷：配合儲能設備、低充高放

需量控制：能量儲存、充放電功率跟蹤

備用電源

　　柔性擴容：短期用電功率大于變壓器容量時，儲能快速放電，滿足負載用能要求

4.4 核心功能

　　1）多種協議

　　支持多種規約協議，包括：Modbus TCP/RTU、DL/T645-07/97、IEC60870-5-101/103/104、MQTT、CDT、第三方協議定制等。

　　2）多種通訊方式

　　支持多種通信方式：串口、網口、WIFI、4G。

　　3）通信管理

　　提供通信通道配置、通信參數設定、通信運行監視和管理等。提供規約調試的工具，可監視收發原碼、報文解析、通道狀態等。

　　4）智能策略

　　系統支持自定義控制策略，如削峰填谷、需量控制、動態擴容、后備電源、平抑波動、有序充電、逆功率保護等策略，保障用戶的經濟性與安全性。

　　5）全量監控

　　覆蓋傳統EMS盲區，可接入多種協議和不同廠家設備實現統一監制，實現環境、安防、消防、視頻監控、電能質量、計量、繼電保護等多系統和設備的全量接入。

　　4.5 系統功能

　　系統主界面，包含微電網光伏、風電、儲能、充電樁及總體負荷情況，體現系統主接線圖、光伏信息、風電信息、儲能信息、充電樁信息、告警信息、收益、環境等。

儲能監控

系統綜合數據：電參量數據、充放電量數據、節能減排數據；

　　運行模式：峰谷模式、計劃曲線、需量控制等；

　　統計電量、收益等數據；

　　儲能系統功率曲線、充放電量對比圖，實時掌握儲能系統的整體運行水平。

　　光伏監控

光伏系統總出力情況

　　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，識別低效發電電站；

　　發電收益統計(補貼收益、并網收益)

　　輻照度/風力/環境溫濕度監測

　　并網電能質量監測及分析

　　光伏預測

　　以海量發電和環境數據為根源，以高精度數值氣象預報為基礎，采用多維度同構異質BP、LSTM神經網絡光功率預測方法。

　　時間分辨率：15min

　　超短期未來4h預測精度＞90%

　　短期未來72h預測精度＞80%

　　短期光伏功率預測

　　超短期光伏功率預測

　　數值天氣預報管理

　　誤差統計計算

　　實時數據管理

　　歷史數據管理

　　光伏功率預測數據人機界面

　　風電監控

風力發電系統總出力情況

　　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，識別低效發電電站；

　　發電收益統計(補貼收益、并網收益)

　　風力/風速/氣壓/環境溫濕度監測

　　并網電能質量監測及分析

　　充電樁系統

實時監測充電系統的充電電壓、電流、功率及各充電樁運行狀態；

　　統計各充電樁充電量、電費等；

　　針對異常信息進行故障告警；

　　根據用電負荷柔性調節充電功率。

　　電能質量

　　對整個系統范圍內的電能質量和電能可靠性狀況進行持續性的監測。如電壓諧波、電壓閃變、電壓不平衡等穩態數據和電壓暫升/暫降、電壓中斷暫態數據進行監測分析及錄波展示，并對電壓、電流瞬變進行監測。

　　4.6 設備選型

　　5 結束語

　　綜上所述，光儲充一體化電站在應對能源波動、優化電力調度等方面的顯著優勢，光儲充電站提高了能源利用效率，增強了電網的穩定性，并支持了低碳經濟的發展，技術創新和智能化管理的引入進一步提升了系統性能，優化了電力調度與后期維護。未來，隨著政策支持和技術的不斷進步，光儲充一體化電站將在推動碳中和目標和清潔能源轉型中發揮重要作用。

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