浅谈光储充电站一体化协同发展策略及微电网能量系统设计研究

摘要：光储充电站一体化指的是“光伏＋储能＋充电桩”的一体化系统，充分发挥光伏清洁能源的优势， 利用太阳能光伏电池板将太阳辐射能转化为电能，并达到储能与智能充电的目的，建设绿色环保的充电模式。文章针对光储充一体化的电站展开了深入研究，对光伏发电系统、储能系统、充电桩系统以及能源管理系统等进行了详细探讨，并且结合储能行业的发展趋势提出了科学的光储充电站一体化协同发展策略，以推动光储充行业的综合效益提升。

关键词：光储充；充电站；一体化；协同发展；策略

0、引言

近年来，在生态环保建设中，**发展改革委等部门制订了《关于加快推进充电基础设施建设更好支持新能源汽车下乡和乡村振兴的实施意见》，*大地鼓励了光伏产业的发展，积*建设高质量的光储充电站一体化项目，以实现社会效益和经济效益 [1] 。但同时光储充电站一体化建设也面临着成本高、投资回收期长等问题，不利于光储充电站一体化的协同发展。因此，深入研究光储充电站一体化的原理、关键技术以及协同发展策略，对于推动可持续能源发展，提升光储充电站一体化建设项目综合效益、促进智能交通建设具有重要意义。

1、光储充电站一体化概述

光储充电站一体化是将光伏发电系统、储能系统、能量管理系统以及充电设施有机结合的能源综合利用方案，通过将太阳能光伏发电系统与电池储能系统、能量管理系统等相连，并与充电设施进行整合，实现了清洁能源的*效利用以及稳定储存电能的目的[2] 。光储充电站一体化系统的工作原理是 ：光伏发电系统通过太阳能电池板将太阳能转化为电能，经过光伏逆变器将直流电转变为交流电，将电能馈入电池储能系统中进行储存。

2、光储充电站一体化系统

2.1 光伏发电系统

光伏发电系统是光储充电站一体化系统的核心组成部分，由太阳能电池板、逆变器以及交直流电缆等部分组成。光伏发电系统的工作原理是太阳能电池板吸收太阳能并产生直流电，逆变器将直流电转换为交流电，并通过配电系统将其供给各负载以及充电设施，进一步实现清洁能源的*效利用，为光储充电站的可持续运行提供稳定的电能保障。

2.2 储能系统

储能系统是用于储存光储充电站一体化系统电能的重要部分，在需要时进行供电，有助于解决光伏发电系统的不稳定性等问题，提高能源利用效率，实现对电能的有效管理。储能系统由储能逆变器以及储能电池组等部分组成，首先，储能逆变器主要用于交流电网电能与储能电池电能之间的能量双向传递，通过控制实现对储能系统充放电的管理，更好地满足电能相应需求。储能电池组是光储充电站一体化系统中储能系统的重要组成部分，用于存储光伏发电系统产生的电能，以供给充电设施使用。采取模块化设计方法，对多个电池进行并联组成电池组，借助电池管理单元，实现对电池电流、温度以及电压等相关参数的监测，以确保储能电池组的稳定运行。

2.3 充电桩系统

充电桩是用于给新能源电动汽车提供能源补给的装置。充电桩系统主要包括充电桩、充电控制器、通信模块以及安全保护装置等。①充电桩是实现为电动汽车充电功能的设备，涉及充电接口、充电线缆、充电插座等。充电桩通过设计不同的充电标准、功率等级等相关参与，用于支持不同类型的电动汽车充电需求。目前较为常见的是交流充电桩、直流快速充电桩。②充电控制器是充电桩系统的核心部件，负责对电动汽车的充电过程进行控制，具有充电功率调节、充电模式选择、充电计量、充电安全保护等功能。③通信模块用于实现充电桩系统与后台管理系统进行数据交互，以达到对充电桩的远程监控与管理、充电服务接入、数据采集与分析等功能 [3] 。

2.4 能量管理系统EMS

能量管理系统是整个光储充电站一体化系统的执行*枢机构，负责对光储充电站内各种系统进行监控、调度，加强电能的优化管理，以实现能源的*效利用，促进电能的合理分配。能量管理系统通常具有能源监测与调度、负荷管理、故障诊断与分析等功能。①能源监测是能量管理系统通过实时监测光储充电站内各系统电能的产生、消耗以及储存情况，提供数据支持，并且对系统状态进行实时反馈。同时调度会根据不同的电能需求以及供应的实际情况，对太阳能发电、储能系统以及充电设备进行智能调度，更好地优化电能配置，以*大限度地提高电能利用率。②负荷管理是根据用户需求以及电网负荷情况，合理分配调节充电设备的功率输出，以平衡电网负荷。

3、光储充电站一体化协同发展策略

3.1 构建系统发展良好格局

光储充电站一体化协同发展是实现清洁能源专项发展，推动智能电网高质量发展的关键内容。①**的光储充电站技术，通过合作研究、人才培养以及技术创新，加快技术成果转化。③相关企业积*打造示范项目，建设一批光储充电站一体化的示范项目，以实际案例证明协同发展的可行性，彰显该项目所带来的综合效益，吸引更多 企业参与到光伏产业发展中，推动能源的转型发展。

3.2 加强产业协同发展

为了更好地彰显光储充电站一体化系统的综合价值，**积*引导光伏、储能以及充电设备等相关产业进行衔接，促进产业链的完整，构建协同发展的良好局面。例如，鼓励光伏企业与储能企业合作，共同开发具有光储互补特性的产品，促进光储充电站一体化建设质量提升 [4] 。同时要加强技术研发合作，推动光储充电站领域的技术研发合作，促进技术创新和共享，通过联合研发项目、技术交流会议等方式，促进企业与研究机构之间的合作。②构建统一的产业标准，制订标准化的光储充电站一体化系统的模式，促进产业协同的规范，提高设备的互操作性，降低市场准入门槛，促进产业的健康竞争，推动整个光伏产业链的健康持续发展。

3.3 构建信息化管理平台

为了更好地促进光储充电站一体化协同发展的资源共享，还需要积*落实信息化管理平台的建设，图2所示为信息化管理平台的基本架构。借助数据采集、数据分析、监控管理*心等功能，加强对系统运行状态的监测。①光储充电站监控系统是指用于实时监测、管理和控制光储充电站运行状态的一套系统。该系统由传感器、数据采集设备、通信网络和监控软件等部分组成，针对省内光储、储能站点监控、运维、统计等业务需求进行实时监测，通过多维度数据分析单元，实现削峰填谷、谷电利用、新能源消纳等功能，辅助公司运营决策，提升“光储充”一体化充电站运行经济效益。②数据集成与共享功能，实现光储充电站各个环节的数据集成与共享。借助物联网、云计算、大数据等信息化技术和手段，对光储充电站的运行数据、能源消耗情况、设备状态等信息进行实时监测，并且给出管理决策支持，提高光储充电站一体化系统的运维效率[5]。

3.4 建设新能源汽车充电智能管控平台

为了更好地降低光储充电站一体化建设成本，推动新能源电动汽车与光伏行业的可持续发展，还需要建设新能源汽车充电智能管控平台，实现对光储充电站及其相关设备的远程监控、管理和控制，提升充电服务的质量。①平台具有远程监控与管理功能。在该平台上集成各类传感器和监测设备，实时获取车辆运行情况、充电设备的状态、电能供需情况、充电桩使用情况等数据， 并将其反馈到平台上进行实时监控。运营人员通过平台随时了解充电设备的运行状况，及时处理异常情况，提高设备的稳定性。②充电桩调度与优化功能。平台根据充电需求、电能供应情况、交通流量等因素，通过算法模型进行充电桩的动态调度，合理优化配置。例如，在高峰期提前预测充电需求，并合理安排充电桩的使用时间以及充电速率，以减少用户等待时间，避免充电拥堵情况，提高充电效率。

4、Acrel-2000MG微电网能量管理系统概述

4.1概述

Acrel-2000MG微电网能量管理系统，是我司根据新型电力系统下微电网监控系统与微电网能量管理系统的要求，总结国内外的研究和生产的**经验，专门研制出的企业微电网能量管理系统。本系统满足光伏系统、风力发电、储能系统以及充电桩的接入，*天候进行数据采集分析，直接监视光伏、风能、储能系统、充电桩运行状态及健康状况，是一个集监控系统、能量管理为一体的管理系统。该系统在安全稳定的基础上以经济优化运行为目标，促进可再生能源应用，提高电网运行稳定性、补偿负荷波动；有效实现用户侧的需求管理、消除昼夜峰谷差、平滑负荷，提高电力设备运行效率、降低供电成本。为企业微电网能量管理提供安全、可靠、经济运行提供了全新的解决方案。

微电网能量管理系统应采用分层分布式结构，整个能量管理系统在物理上分为三个层：设备层、网络通信层和站控层。站级通信网络采用标准以太网及TCP/IP通信协议，物理媒介可以为光纤、网线、屏蔽双绞线等。系统支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信规约。

4.2技术标准

本方案遵循的**标准有：

本技术规范书提供的设备应满足以下规定、法规和行业标准：

GB/T26802.1-2011工业控制计算机系统通用规范*1部分：通用要求

GB/T26806.2-2011工业控制计算机系统工业控制计算机基本平台*2部分：性能评定方法

GB/T26802.5-2011工业控制计算机系统通用规范*5部分：场地安全要求

GB/T26802.6-2011工业控制计算机系统通用规范*6部分：验收大纲

GB/T2887-2011计算机场地通用规范

GB/T20270-2006信息安全技术网络基础安全技术要求

GB50174-2018电子信息系统机房设计规范

DL/T634.5101远动设备及系统*5-101部分:传输规约基本远动任务配套标准

DL/T634.5104远动设备及系统*5-104部分:传输规约采用标准传输协议子集的IEC60870-5-网络访问101

GB/T33589-2017微电网接入电力系统技术规定

GB/T36274-2018微电网能量管理系统技术规范

GB/T51341-2018微电网工程设计标准

GB/T36270-2018微电网监控系统技术规范

DL/T1864-2018独立型微电网监控系统技术规范

T/CEC182-2018微电网并网调度运行规范

T/CEC150-2018低压微电网并网一体化装置技术规范

T/CEC151-2018并网型交直流混合微电网运行与控制技术规范

T/CEC152-2018并网型微电网需求响应技术要求

T/CEC153-2018并网型微电网负荷管理技术导则

T/CEC182-2018微电网并网调度运行规范

T/CEC5005-2018微电网工程设计规范

NB/T10148-2019微电网*1部分：微电网规划设计导则

NB/T10149-2019微电网*2部分：微电网运行导则

4.3适用场合

系统可应用于城市、高速公路、工业园区、工商业区、居民区、智能建筑、海岛、无电地区可再生能源系统监控和能量管理需求。

4.4型号说明

4.5系统配置

4.5.1系统架构

本平台采用分层分布式结构进行设计，即站控层、网络层和设备层，详细拓扑结构如下：

图1典型微电网能量管理系统组网方式

4.6系统功能

4.6.1实时监测

微电网能量管理系统人机界面友好，应能够以系统一次电气图的形式直观显示各电气回路的运行状态，实时监测各回路电压、电流、功率、功率因数等电参数信息，动态监视各回路断路器、隔离开关等合、分闸状态及有关故障、告警等信号。其中，各子系统回路电参量主要有：三相电流、三相电压、总有功功率、总无功功率、总功率因数、频率和正向有功电能累计值；状态参数主要有：开关状态、断路器故障脱扣告警等。

系统应可以对分布式电源、储能系统进行发电管理，使管理人员实时掌握发电单元的出力信息、收益信息、储能荷电状态及发电单元与储能单元运行功率设置等。

系统应可以对储能系统进行状态管理，能够根据储能系统的荷电状态进行及时告警，并支持定期的电池维护。

微电网能量管理系统的监控系统界面包括系统主界面，包含微电网光伏、风电、储能、充电桩及总体负荷组成情况，包括收益信息、天气信息、节能减排信息、功率信息、电量信息、电压电流情况等。根据不同的需求，也可将充电，储能及光伏系统信息进行显示。

图2系统主界面

子界面主要包括系统主接线图、光伏信息、风电信息、储能信息、充电桩信息、通讯状况及一些统计列表等。

4.6.1.1光伏界面

图3光伏系统界面

本界面用来展示对光伏系统信息，主要包括逆变器直流侧、交流侧运行状态监测及报警、逆变器及电站发电量统计及分析、并网柜电力监测及发电量统计、电站发电量年有效利用小时数统计、发电收益统计、碳减排统计、辐照度/风力/环境温湿度监测、发电功率模拟及效率分析；同时对系统的总功率、电压电流及各个逆变器的运行数据进行展示。

4.6.1.2储能界面

图4储能系统界面

本界面主要用来展示本系统的储能装机容量、储能当前充放电量、收益、SOC变化曲线以及电量变化曲线。

图5储能系统PCS参数设置界面

本界面主要用来展示对PCS的参数进行设置，包括开关机、运行模式、功率设定以及电压、电流的限值。

图6储能系统BMS参数设置界面

本界面用来展示对BMS的参数进行设置，主要包括电芯电压、温度保护限值、电池组电压、电流、温度限值等。

图7储能系统PCS电网侧数据界面

本界面用来展示对PCS电网侧数据，主要包括相电压、电流、功率、频率、功率因数等。

图8储能系统PCS交流侧数据界面

本界面用来展示对PCS交流侧数据，主要包括相电压、电流、功率、频率、功率因数、温度值等。同时针对交流侧的异常信息进行告警。

图9储能系统PCS直流侧数据界面

本界面用来展示对PCS直流侧数据，主要包括电压、电流、功率、电量等。同时针对直流侧的异常信息进行告警。

图10储能系统PCS状态界面

本界面用来展示对PCS状态信息，主要包括通讯状态、运行状态、STS运行状态及STS故障告警等。

图11储能电池状态界面

本界面用来展示对BMS状态信息，主要包括储能电池的运行状态、系统信息、数据信息以及告警信息等，同时展示当前储能电池的SOC信息。

图12储能电池簇运行数据界面

本界面用来展示对电池簇信息，主要包括储能各模组的电芯电压与温度，并展示当前电芯的*大、*小电压、温度值及所对应的位置。

4.6.1.3风电界面

图13风电系统界面

本界面用来展示对风电系统信息，主要包括逆变控制一体机直流侧、交流侧运行状态监测及报警、逆变器及电站发电量统计及分析、电站发电量年有效利用小时数统计、发电收益统计、碳减排统计、风速/风力/环境温湿度监测、发电功率模拟及效率分析；同时对系统的总功率、电压电流及各个逆变器的运行数据进行展示。

4.6.1.4充电桩界面

图14充电桩界面

本界面用来展示对充电桩系统信息，主要包括充电桩用电总功率、交直流充电桩的功率、电量、电量费用，变化曲线、各个充电桩的运行数据等。

4.6.1.5视频监控界面

图15微电网视频监控界面

本界面主要展示系统所接入的视频画面，且通过不同的配置，实现预览、回放、管理与控制等。

4.6.2发电预测

系统应可以通过历史发电数据、实测数据、未来天气预测数据，对分布式发电进行短期、超短期发电功率预测，并展示合格率及误差分析。根据功率预测可进行人工输入或者自动生成发电计划，便于用户对该系统新能源发电的集中管控。

图16光伏预测界面

4.6.3策略配置

系统应可以根据发电数据、储能系统容量、负荷需求及分时电价信息，进行系统运行模式的设置及不同控制策略配置。如削峰填谷、周期计划、需量控制、有序充电、动态扩容等。

图17策略配置界面

4.6.4运行报表

应能查询各子系统、回路或设备*定时间的运行参数，报表中显示电参量信息应包括：各相电流、三相电压、总功率因数、总有功功率、总无功功率、正向有功电能等。

图18运行报表

4.6.5实时报警

应具有实时报警功能，系统能够对各子系统中的逆变器、双向变流器的启动和关闭等遥信变位，及设备内部的保护动作或事故跳闸时应能发出告警，应能实时显示告警事件或跳闸事件，包括保护事件名称、保护动作时刻；并应能以弹窗、声音、短信和电话等形式通知相关人员。

图19实时告警

4.6.6历史事件查询

应能够对遥信变位，保护动作、事故跳闸，以及电压、电流、功率、功率因数、电芯温度（锂离子电池）、压力（液流电池）、光照、风速、气压越限等事件记录进行存储和管理，方便用户对系统事件和报警进行历史追溯，查询统计、事故分析。

图20历史事件查询

4.6.7电能质量监测

应可以对整个微电网系统的电能质量包括稳态状态和暂态状态进行持续监测，使管理人员实时掌握供电系统电能质量情况，以便及时发现和消除供电不稳定因素。

1）在供电系统主界面上应能实时显示各电能质量监测点的监测装置通信状态、各监测点的A/B/C相电压总畸变率、三相电压不平衡度*分百和正序/负序/零序电压值、三相电流不平衡度*分百和正序/负序/零序电流值；

2）谐波分析功能：系统应能实时显示A/B/C三相电压总谐波畸变率、A/B/C三相电流总谐波畸变率、奇次谐波电压总畸变率、奇次谐波电流总畸变率、偶次谐波电压总畸变率、偶次谐波电流总畸变率；应能以柱状图展示2-63次谐波电压含有率、2-63次谐波电压含有率、0.5～63.5次间谐波电压含有率、0.5～63.5次间谐波电流含有率；

3）电压波动与闪变：系统应能显示A/B/C三相电压波动值、A/B/C三相电压短闪变值、A/B/C三相电压长闪变值；应能提供A/B/C三相电压波动曲线、短闪变曲线和长闪变曲线；应能显示电压偏差与频率偏差；

4）功率与电能计量：系统应能显示A/B/C三相有功功率、无功功率和视在功率；应能显示三相总有功功率、总无功功率、总视在功率和总功率因素；应能提供有功负荷曲线，包括日有功负荷曲线（折线型）和年有功负荷曲线（折线型）；

5）电压暂态监测：在电能质量暂态事件如电压暂升、电压暂降、短时中断发生时，系统应能产生告警，事件能以弹窗、闪烁、声音、短信、电话等形式通知相关人员；系统应能查看相应暂态事件发生前后的波形。

6）电能质量数据统计：系统应能显示1min统计整2h存储的统计数据，包括均值、*大值、*小值、95%概率值、方均根值。

7）事件记录查看功能：事件记录应包含事件名称、状态（动作或返回）、波形号、越限值、故障持续时间、事件发生的时间。

图21微电网系统电能质量界面

4.6.8遥控功能

应可以对整个微电网系统范围内的设备进行远程遥控操作。系统维护人员可以通过管理系统的主界面完成遥控操作，并遵循遥控预置、遥控返校、遥控执行的操作顺序，可以及时执行调度系统或站内相应的操作命令。

图22遥控功能

4.6.9曲线查询

应可在曲线查询界面，可以直接查看各电参量曲线，包括三相电流、三相电压、有功功率、无功功率、功率因数、SOC、SOH、充放电量变化等曲线。

4.6.10统计报表

具备定时抄表汇总统计功能，用户可以自由查询自系统正常运行以来任意时间段内各配电节点的用电情况，即该节点进线用电量与各分支回路消耗电量的统计分析报表。对微电网与外部系统间电能量交换进行统计分析；对系统运行的节能、收益等分析；具备对微电网供电可靠性分析，包括年停电时间、年停电次数等分析；具备对并网型微电网的并网点进行电能质量分析。

图24统计报表

4.6.11网络拓扑图

系统支持实时监视接入系统的各设备的通信状态，能够完整的显示整个系统网络结构；可在线诊断设备通信状态，发生网络异常时能自动在界面上显示故障设备或元件及其故障部位。

图25微电网系统拓扑界面

本界面主要展示微电网系统拓扑，包括系统的组成内容、电网连接方式、断路器、表计等信息。

4.6.12通信管理

可以对整个微电网系统范围内的设备通信情况进行管理、控制、数据的实时监测。系统维护人员可以通过管理系统的主程序右键打开通信管理程序，然后选择通信控制启动所有端口或某个端口，快速查看某设备的通信和数据情况。通信应支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信规约。

4.6.13用户权限管理

应具备设置用户权限管理功能。通过用户权限管理能够防止未经授权的操作（如遥控操作，运行参数修改等）。可以定义不同级别用户的登录名、密码及操作权限，为系统运行、维护、管理提供可靠的安全保障。

4.6.14故障录波

应可以在系统发生故障时，自动准确地记录故障前、后过程的各相关电气量的变化情况，通过对这些电气量的分析、比较，对分析处理事故、判断保护是否正确动作、提高电力系统安全运行水平有着重要作用。其中故障录波共可记录16条，每条录波可触发6段录波，每次录波可记录故障前8个周波、故障后4个周波波形，总录波时间共计46s。每个采样点录波至少包含12个模拟量、10个开关量波形。

4.6.15事故追忆

可以自动记录事故时刻前后一段时间的所有实时扫描数据，包括开关位置、保护动作状态、遥测量等，形成事故分析的数据基础。

用户可自定义事故追忆的启动事件，当每个事件发生时，存储事故前10个扫描周期及事故后10个扫描周期的有关点数据。启动事件和监视的数据点可由用户*定和随意修改。

图29事故追忆

5、硬件及其配套产品

结束语

光储充电站一体化系统通过将光伏发电、储能系统以及充电系统相结合，实现电能的*效利用，促进电能的稳定供应，提高电力系统的可靠性，推动清洁能源的可持续发展。因此，在光储充电站一体化协同发展中，需要通过构建系统发展良好格局、加强产业协同发展、能源转型与交通的协同、加强微电网技术的应用、构建信息化管理平台、建设新能源汽车充电智能管控平台等策略，构建光储充电站一体化协同发展模式，确保系统的*效性，实现能源的可持续利用，促进环境保护的落实，共同推动光储充电站一体化协同发展的进程。