安科瑞 陳聰

摘要：光儲充一體化技術(shù)是一種綜合利用現代光伏技術(shù)、*進(jìn)儲能技術(shù)和智能化的充電技術(shù)而成的綜合能源解決方案，是新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)重要的基礎配套設施。文章首先結合當前相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展態(tài)勢。闡述了發(fā)展光儲充一體化技術(shù)的必要性和重要意義；介紹了光儲充一體化系統組成和各模塊的主要功能；從光伏發(fā)電技術(shù)、儲能技術(shù)、充電樁技術(shù)、智慧管理系統4個(gè)方面綜合分析了光儲充一體化技術(shù)的發(fā)展現狀。在此基礎上，對光儲充一體化技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望和總結。

關(guān)鍵詞：光儲充一體化；新能源汽車(chē)；能源綜合利用；智慧能源

0引言

經(jīng)過(guò)多年的技術(shù)積累和創(chuàng )新,我國新能源汽車(chē)行業(yè)得到了長(cháng)足發(fā)展,新能源汽車(chē)保有量為2400萬(wàn)輛,預計2024年產(chǎn)銷(xiāo)量將突破1150萬(wàn)輛,發(fā)展新能源汽車(chē)已經(jīng)成為全球共識。此外,在配套的充電設施建設方面,我國也取得了長(cháng)足的發(fā)展和進(jìn)步,目前,已形成全球數量*為龐大、輻射范圍*廣服務(wù)車(chē)輛類(lèi)型*全的充電配套體系。截至2024年6月,我國充電樁保有量達到了1024.3萬(wàn)臺,與2023年同期相比,增加了54%,其中,公共充電樁數量為312.2萬(wàn)臺,私人充電樁數量為712.2萬(wàn)臺,完善的充電樁基礎設施的建設為新能源汽車(chē)的發(fā)展奠定了良好的基礎。如此龐大的新能源汽車(chē)保有量,高峰期集中充電將給電網(wǎng)造成嚴重的沖擊。目前,我國的車(chē)樁比為2.4∶1，工信部計劃在2030年實(shí)現我國車(chē)樁比為1:1的目標,因此,新能源汽車(chē)充電樁的數量將會(huì )迎來(lái)巨幅的增長(cháng),電網(wǎng)將會(huì )迎來(lái)更加艱巨的挑戰。同時(shí),一些老舊小區和很多農村地區,受到電力設施老化及配電容量受限等因素的影響,不適宜安裝新能源汽車(chē)的充電設施,很大程度上影響和制約了新能源汽車(chē)的發(fā)展。農村電網(wǎng)由于特殊環(huán)境、經(jīng)濟條件和技術(shù)限制面臨著(zhù)多種挑戰,一般農村居民用戶(hù)每戶(hù)按照12kVA進(jìn)行配電,但是農村地區的電力需求受季節性因素影響較大,特別是在農忙季節,大量的電力機井同時(shí)運轉會(huì )導致農村電網(wǎng)季節性容量不足。另外,農村電網(wǎng)普遍存在老化問(wèn)題,比如電線(xiàn)老化、變壓器容量不足等,無(wú)法滿(mǎn)足快速發(fā)展的農村電力需求，這些都限制了電網(wǎng)的供電能力和質(zhì)量。預計到2025年,全國農村電網(wǎng)供電可靠率將達到98%,為了實(shí)現這一目標,農村電網(wǎng)需要找到切實(shí)可行的方法以提高供電質(zhì)量和服務(wù)水平。據統計,2023年共有2.1萬(wàn)起電動(dòng)車(chē)火災事故,與2022年相比增加了17.4%,2022年共有1.8萬(wàn)起,約80%的電動(dòng)車(chē)火災事故是在充電過(guò)程中發(fā)生的。這其中的主要原因是在住宅內部或者樓道等不適合充電的地方進(jìn)行充電,在充電過(guò)程中也沒(méi)有配備智能監控與管理系統,不能實(shí)時(shí)監測到充電過(guò)程中的異常情況，更不能及時(shí)地進(jìn)行預警和處理存在的安全隱患。

光儲充一體化技*效術(shù)是一種綜合利用現代光伏技術(shù)、國家戰略,各地也相繼出臺了相應的引導政策和配套措施。光儲充一體化技術(shù)具有綠色低碳、環(huán)保等優(yōu)勢,不僅在新能源汽車(chē)配套的基礎設施建設領(lǐng)域發(fā)揮了重要的作用,同時(shí),也可廣泛應用于工商業(yè)及家庭等領(lǐng)域。光儲充一體化技術(shù)的推廣應用，一方面,為新能源汽車(chē)充電提供了綠色低碳能源供應,可作為新能源汽車(chē)領(lǐng)域發(fā)展的重要保障:另一方面,亦可有效克服光伏發(fā)電的不穩定和間歇性等問(wèn)題。此外,光儲充一體化技術(shù)借助智慧能源管理技術(shù),協(xié)同管理光伏發(fā)電、儲能及充電系統,優(yōu)化能源配置,在用電低谷時(shí)段給儲能系統或電動(dòng)汽車(chē)充電,在用電高峰時(shí)段給電網(wǎng)供電,既擺脫了電網(wǎng)配電容量的限制,又發(fā)揮了削峰填谷的作用,在提供新能源汽車(chē)*效便捷充電的同時(shí),也保障了電網(wǎng)的安全平穩運行。建立充電站對電動(dòng)車(chē)進(jìn)行統一充電管理,可以減少因個(gè)人充電不規范造成的火災等事故:充電站通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),采用云平臺監控每個(gè)充電樁的實(shí)時(shí)狀態(tài),只要遇到突發(fā)異?，F象就立即切斷電源,阻止火災等事故的發(fā)生。在緊急情況下,光儲充技術(shù)中的儲能系統隨時(shí)可以作為備用電源使用。為充電站附近的其他重要設施提供穩定的電力供應。由此可知,光儲充技術(shù)不僅可以提升電動(dòng)車(chē)充電的安全性,還可以增強充電站的整體可靠性和效率。隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步和成本的降低,光儲充一體化充電站將成為未來(lái)電動(dòng)車(chē)充電基礎設施的重要組成部分。推動(dòng)光儲充一體化技術(shù)的深入發(fā)展和應用，有效利用了太陽(yáng)能等清潔能源,有助于優(yōu)化能源結構,助推我國“雙碳”目標的實(shí)現。

1光儲充一體化系統組成

“光儲充一體化”的概念在現代能源系統中扮演著(zhù)越來(lái)越重要的角色,它將光伏發(fā)電技術(shù)、儲能單元以及充電樁融為一體。一方面,實(shí)現了綠色能源供應;另一方面,三者配合可實(shí)現削峰填谷,降低車(chē)輛用能成本。此外，光儲充一體化微電網(wǎng)系統的出現,對于解決當前土地資源緊張和電力容量資源有限的問(wèn)題具有顯著(zhù)的意義,能夠通過(guò)能量存儲和優(yōu)化配置實(shí)現本地能源生產(chǎn)與用電負荷基本平衡。該系統具備多項優(yōu)點(diǎn),如光伏發(fā)電自發(fā)自用、電網(wǎng)削峰填谷、停電應急備用、新能源汽車(chē)充電優(yōu)化和長(cháng)期持續受益等,如圖1所示。在光儲充一體化微電網(wǎng)系統的建設過(guò)程中也存在許多挑戰。首先,初期建設成本較高,如果場(chǎng)景定義不準確,就會(huì )造成資源浪費。其次,由于光儲充一體化技術(shù)尚處于發(fā)展初期,光伏發(fā)電儲能單元和充電系統的協(xié)調管理面臨著(zhù)諸多技術(shù)和管理方面的挑戰。如何確保各子系統間的無(wú)縫對接和協(xié)同工作,成了行業(yè)內急需解決的問(wèn)題。通過(guò)深人了解各部分關(guān)鍵技術(shù)在微電網(wǎng)中的研究進(jìn)展,可以更好地理解其在整個(gè)系統的作用和優(yōu)勢,更有效地推動(dòng)光儲充一體化微電網(wǎng)的建設和開(kāi)發(fā)。

圖1光儲充一體化系統組成結構

2光儲充一體化關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展現狀

光儲充一體化技術(shù)通常涉及的電力系統規模較小,如住宅區、工業(yè)園區或電動(dòng)汽車(chē)充電站等場(chǎng)景,如今低壓柔性直流技術(shù)已經(jīng)較為成熟,*全可以滿(mǎn)足光儲充一體化技術(shù)的應用場(chǎng)景。低壓柔性直流技術(shù)可以作為光儲充一體化系統中的關(guān)鍵組件,將光伏、儲能和充電設施集成在低壓直流網(wǎng)絡(luò )中,*大地減少電能在轉換過(guò)程中的損耗,實(shí)現光儲充之間的*效協(xié)調。在光儲充一體化技術(shù)中,由光伏和儲能系統產(chǎn)生的電力通常為直流形式。低壓柔性直流技術(shù)能夠直接處理這類(lèi)直流電能,縮減了將其通過(guò)逆變器轉換為交流電然后再轉回直流電的過(guò)程,從而提高了整個(gè)系統的效率。光儲充一體化系統借助低壓柔性直流技術(shù)可以實(shí)現與主電網(wǎng)的靈活連接或是獨立運作。這樣的配置能夠增強微電網(wǎng)的穩定性和可靠性,尤其是在需要迅速響應的情況下,比如進(jìn)行峰值負荷管理或者是在電網(wǎng)發(fā)生故障后的快速恢復。此外,充電站可通過(guò)利用儲能系統平滑充電負荷,減輕對電網(wǎng)的壓力。采用低壓柔性直流技術(shù),可以更有效地控制和管理充電過(guò)程中電力的流動(dòng),確保充電站與電網(wǎng)之間實(shí)現和諧互動(dòng)。

由此可知,低壓柔性直流技術(shù)與光儲充一體化技術(shù)的結合,為分布式能源系統提供了*效能的電能傳輸與分配解決方案。這種集成不僅提升了能源使用效率,還增強了電網(wǎng)的穩定性和可靠性,有助于達成低碳環(huán)保的目標。隨著(zhù)技術(shù)的持續進(jìn)步與完善,這種集成模式將在未來(lái)的智能電網(wǎng)及能源轉型中扮演關(guān)鍵角色。光儲充一體化系統有以下四大關(guān)鍵技術(shù)。

2.1光伏發(fā)電技術(shù)

光伏發(fā)電是光儲充一體化重要組成部分,是整個(gè)系統的基礎。該技術(shù)利用太陽(yáng)能電池將光能轉化為電能,是半導體光電效應的結果。在太陽(yáng)光照射到半導體p-n結的界面時(shí),會(huì )激發(fā)出新的空穴-電子對,這些對電荷的形成和分離進(jìn)一步推動(dòng)了電流的產(chǎn)生，

硅系太陽(yáng)能電池的問(wèn)世,是光伏技術(shù)得以應用的起點(diǎn)。這種電池以其卓*的效率和穩定性,迅速成為市場(chǎng)的主流選擇。它們通常采用硅片作為材料，其轉換效率相對較高,但由于成本較高且需要較大面積的太陽(yáng)能面板,因此,更適用于大型太陽(yáng)能電站或工業(yè)應用中,如表1所示。

表1不同類(lèi)型太陽(yáng)能電池對比

與傳統的硅系太陽(yáng)能電池相比,薄膜太陽(yáng)能電池具有更加輕便、易于制造和維護的優(yōu)點(diǎn)。此外,薄膜材料可以制成各種形狀和大小,使得它們能夠被集成到不同類(lèi)型的光伏系統中。盡管如此,由于薄膜材料的固有特性,其效率通常不及硅系太陽(yáng)能電池，其大規模生產(chǎn)也面臨著(zhù)一些挑戰。

高倍聚光電池、有機太陽(yáng)能電池、柔性太陽(yáng)能電池以及染料敏化納米太陽(yáng)能電池等新型電池技術(shù),旨在提供更高的光電轉換效率和更廣泛的應用場(chǎng)景，然而,除了少數幾種已經(jīng)投入實(shí)際應用的高倍聚光電池,大多數新技術(shù)還處于實(shí)驗室研究階段,尚未達到商業(yè)化量產(chǎn)的水平。

當前,光伏產(chǎn)業(yè)在技術(shù)創(chuàng )新上還存在很多不足，太陽(yáng)能電池轉換效率有待提升。此外,并網(wǎng)、逆變、儲能等技術(shù)也直接影響著(zhù)整個(gè)微電網(wǎng)的應用和發(fā)展,因此,如何在這些關(guān)鍵技術(shù)上有所突破,成為我國光伏產(chǎn)業(yè)急需解決的問(wèn)題。

2.2儲能技術(shù)

儲能技術(shù)顯然已經(jīng)成為保障多能源大規模并行運行和電網(wǎng)安全經(jīng)濟運行的關(guān)鍵。儲能系統由儲能電池和雙向換流器組成,具備雙向變功率的電能傳輸特點(diǎn),在光儲充一體化系統中是靈活的能量控制單元。通過(guò)儲能系統的參與,可以平滑分布式光伏能源的間歇性波動(dòng),提高電網(wǎng)的供電質(zhì)量和穩定性。這些技術(shù)能夠為微電網(wǎng)提供備用電源、調頻服務(wù)以及優(yōu)化電能質(zhì)量,從而提升電網(wǎng)的穩定性、經(jīng)濟性和環(huán)境效益。盡管儲能技術(shù)在光儲充一體化微電網(wǎng)中的應用具有顯著(zhù)的優(yōu)勢,但仍面臨一些挑戰。首先,儲能系統的成本較高,需要政策和市場(chǎng)機制的支持來(lái)降低成本;其次,系統的集成和優(yōu)化設計需進(jìn)一步研究,以確保*效、可靠和經(jīng)濟的運行。此外,技術(shù)創(chuàng )新和標準制定也是未來(lái)需要關(guān)注的重點(diǎn)領(lǐng)域。

2.3充電樁技術(shù)

充電樁關(guān)鍵技術(shù)涵蓋了智能充電管理、高功率充電技術(shù)、充電接口與標準兼容性、遠程監控與維護和能源計量與計費系統等多個(gè)方面,旨在確保充電樁與微電網(wǎng)中的其他部分協(xié)同工作,同時(shí)提供*效、安全、智能的充電服務(wù)。目前,充電樁已能提供350kw的功率輸出，*大地縮短了充電時(shí)間。同時(shí),V2G(Vehicle-to-Grid)功能允許電動(dòng)汽車(chē)向電網(wǎng)回饋電力,提高了系統的經(jīng)濟性和靈活性。無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)也正在測試與部署中,以提升充電便利性。遠程監控與維護系統的建立,保證了充電樁的穩定運行和故障的及時(shí)處理。隨著(zhù)政策支持和技術(shù)進(jìn)步,光儲充一體化微電網(wǎng)充電樁已成為推動(dòng)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要基礎設施。

2.4智慧管理系統

光儲充一體化微電網(wǎng)智慧管理系統的關(guān)鍵技術(shù)包括智能能源管理系統(EMS)儲能系統管理、雙向通信技術(shù)和微電網(wǎng)保護與自愈功能等。目前,系統具備快速故障檢測與隔離功能,可以在局部故障發(fā)生時(shí)自動(dòng)調整運行策略,避免整個(gè)系統的崩潰,提高了系統的韌性和安全性。通過(guò)集成*進(jìn)的電池管理系統(BMS)能夠精細地控制充放電過(guò)程,延長(cháng)電池壽命,提高儲能單元的整體性能?？傮w而言,光儲充一體化微電網(wǎng)智慧管理系統的技術(shù)正朝著(zhù)更智能、更*效、更可靠的方向發(fā)展,為未來(lái)電網(wǎng)的可持續性和智能化奠定基礎。

3光儲充一體化技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢及建議

3.1光儲充一體化技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢

光儲充一體化微電網(wǎng)技術(shù)中,光伏系統未來(lái)將向提升效率、降低成本和智能化管理發(fā)展。更*效率的新型光伏材料將會(huì )出現,如鈣鈦礦和多結太陽(yáng)能電池等,可與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)深度融合,進(jìn)行自我管理和優(yōu)化。此外,光伏技術(shù)普遍融人建筑中,如光伏玻璃窗和光伏瓦片等,城市的能源自給能力得到了提升。隨著(zhù)技術(shù)的不斷發(fā)展,光伏組件的成本將持續降低,廢棄組件回收利用技術(shù)也將逐漸成熟,光伏產(chǎn)業(yè)的可持續性不斷增強。

儲能技術(shù)的未來(lái)將向多元化、智能化和*效化發(fā)展。液流電池、固態(tài)電池等新型儲能技術(shù)將提供更長(cháng)的循環(huán)壽命和更高的能量密度。儲能系統更加智能的優(yōu)化充放電策略,能夠提升整體效率。儲能系統將與光伏和充電設施高度集成,增強微電網(wǎng)的靈活性和穩定性,實(shí)現能源的智能調度。此外,長(cháng)時(shí)儲能技術(shù)的突破使可再生能源的間歇性問(wèn)題得到解決,政策支持和技術(shù)創(chuàng )新將進(jìn)一步降低成本,推動(dòng)儲能市場(chǎng)的規?；l(fā)展。

充電設施將朝著(zhù)快速、智能和便捷的方向發(fā)展?？斐浼夹g(shù)的革新將*大縮短充電時(shí)間,充電更加便利。智能充電系統將與電網(wǎng)互動(dòng),依據實(shí)時(shí)電價(jià)和能源供需動(dòng)態(tài)調整充電策略,減少對電網(wǎng)的沖擊。無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)逐漸成熟,電動(dòng)汽車(chē)實(shí)現非接觸式動(dòng)態(tài)無(wú)線(xiàn)充電,充電設施更加密集,形成覆蓋廣泛的充電生態(tài)系統,推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)的普及。

光儲充一體化微電網(wǎng)智慧管理系統將實(shí)現能源的*準預測與優(yōu)化調度,強化自適應與自愈能力,提升電網(wǎng)韌性。EMS對光伏發(fā)電、能量搬移、儲能電池充放電和充電樁應用場(chǎng)景進(jìn)行實(shí)時(shí)數據采集、狀態(tài)監控和優(yōu)化能源分配,實(shí)現預測性維護和故障預警。各組件間通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現無(wú)縫通信,支持多種通信規約,提升系統整體效率。隨著(zhù)技術(shù)迭代,智慧系統將集成更多增值服務(wù),如碳足跡追蹤和綠色認證,推動(dòng)微電網(wǎng)向更智能、更環(huán)保的方向發(fā)展。

3.2光儲充一體化技術(shù)的未來(lái)發(fā)展建議

為了加速光儲充一體化技術(shù)的進(jìn)步并使其在未來(lái)能源轉型過(guò)程中扮演重要角色,需要從以下幾個(gè)方面著(zhù)手。

在光伏發(fā)電領(lǐng)域,應當持續研究新型光伏材料例如鈣鈦礦和有機光伏材料,這些新材料有望大幅提升太陽(yáng)能板的光電轉換效率,有助于降低制造成本。此外,還應該積極尋找更多樣化的安裝解決方案,比如將光伏組件集成到建筑物的墻面、窗戶(hù)以及交通基礎設施(如光伏道路和停車(chē)棚)上,這不僅能夠促進(jìn)光伏技術(shù)與建筑設計的融合,還能使光伏產(chǎn)品像光伏瓦和幕墻那樣成為建筑物不能或缺的一部分。

關(guān)于儲能系統,應集中精力開(kāi)發(fā)具有更高能量密度的電池技術(shù),如固態(tài)電池和鈉離子電池,這類(lèi)技術(shù)可以顯著(zhù)增強儲能裝置的能量存儲容量并延長(cháng)其使用壽命。與此同時(shí),還需致力于*進(jìn)技術(shù)來(lái)實(shí)現對儲能單元的健康狀況監測、故障預警以及自動(dòng)化維護等功能，以此來(lái)增強整個(gè)儲能系統的安全性和可靠性。

針對充電基礎設施,未來(lái)的發(fā)展方向是不斷改進(jìn)快速充電技術(shù),以縮短電動(dòng)汽車(chē)的充電時(shí)長(cháng),改善用戶(hù)的使用體驗,還應積極探索無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)的可能性,旨在簡(jiǎn)化充電流程,減少因物理連接可能帶來(lái)的不便,進(jìn)而提升充電的便捷程度。此外,利用物聯(lián)網(wǎng)和大數據技術(shù),實(shí)現充電設施的智能管理,包括充電預約、負載均衡等功能,利用大數據和機器學(xué)習算法。對系統產(chǎn)生的大量數據進(jìn)行深度分析,發(fā)現隱藏的模式和趨勢,從而優(yōu)化系統的運行效率。

光儲充一體化技術(shù)未來(lái)應建立更加*面的實(shí)時(shí)監測系統,能夠對光伏發(fā)電量、儲能狀態(tài)、充電需求等關(guān)鍵參數進(jìn)行連續監控。根據預測結果和實(shí)時(shí)數據動(dòng)態(tài)調整光伏、儲能和充電設備的工作狀態(tài),實(shí)現能源的*優(yōu)化分配。

4Acrel-2000MG充電站微電網(wǎng)能量管理系統

4.1平臺概述

Acrel-2000MG微電網(wǎng)能量管理系統，是我司根據新型電力系統下微電網(wǎng)監控系統與微電網(wǎng)能量管理系統的要求，總結國內外的研究和生產(chǎn)的*進(jìn)經(jīng)驗，專(zhuān)門(mén)研制出的企業(yè)微電網(wǎng)能量管理系統。本系統滿(mǎn)足光伏系統、風(fēng)力發(fā)電、儲能系統以及充電站的接入，*進(jìn)行數據采集分析，直接監視光伏、風(fēng)能、儲能系統、充電站運行狀態(tài)及健康狀況，是一個(gè)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(jīng)濟優(yōu)化運行為目標，促進(jìn)可再生能源應用，提高電網(wǎng)運行穩定性、補償負荷波動(dòng)；有效實(shí)現用戶(hù)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(yè)微電網(wǎng)能量管理提供安全、可靠、經(jīng)濟運行提供了全新的解決方案。

微電網(wǎng)能量管理系統應采用分層分布式結構，整個(gè)能量管理系統在物理上分為三個(gè)層：設備層、網(wǎng)絡(luò )通信層和站控層。站級通信網(wǎng)絡(luò )采用標準以太網(wǎng)及TCP/IP通信協(xié)議，物理媒介可以為光纖、網(wǎng)線(xiàn)、屏蔽雙絞線(xiàn)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平臺適用場(chǎng)合

系統可應用于城市、高速公路、工業(yè)園區、工商業(yè)區、居民區、智能建筑、海島、無(wú)電地區可再生能源系統監控和能量管理需求。

4.3系統架構

本平臺采用分層分布式結構進(jìn)行設計，即站控層、網(wǎng)絡(luò )層和設備層，詳細拓撲結構如下：

圖1典型微電網(wǎng)能量管理系統組網(wǎng)方式

5充電站微電網(wǎng)能量管理系統解決方案

5.1實(shí)時(shí)監測

微電網(wǎng)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(guān)顯示各電氣回路的運行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監測光伏、風(fēng)電、儲能、充電站等各回路電壓、電流、功率、功率因數等電參數信息，動(dòng)態(tài)監視各回路斷路器、隔離開(kāi)關(guān)等合、分閘狀態(tài)及有關(guān)故障、告警等信號。其中，各子系統回路電參量主要有：相電壓、線(xiàn)電壓、三相電流、有功/無(wú)功功率、視在功率、功率因數、頻率、有功/無(wú)功電度、頻率和正向有功電能累計值；狀態(tài)參數主要有：開(kāi)關(guān)狀態(tài)、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(jìn)行發(fā)電管理，使管理人員實(shí)時(shí)掌握發(fā)電單元的出力信息、收益信息、儲能荷電狀態(tài)及發(fā)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(jìn)行狀態(tài)管理，能夠根據儲能系統的荷電狀態(tài)進(jìn)行及時(shí)告警，并支持定期的電池維護。

微電網(wǎng)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(wǎng)光伏、風(fēng)電、儲能、充電站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(jìn)行顯示。

圖1系統主界面

子界面主要包括系統主接線(xiàn)圖、光伏信息、風(fēng)電信息、儲能信息、充電站信息、通訊狀況及一些統計列表等。

5.1.1光伏界面

圖2光伏系統界面

本界面用來(lái)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(tài)監測及報警、逆變器及電站發(fā)電量統計及分析、并網(wǎng)柜電力監測及發(fā)電量統計、電站發(fā)電量年有效利用小時(shí)數統計、發(fā)電收益統計、碳減排統計、輻照度/風(fēng)力/環(huán)境溫濕度監測、發(fā)電功率模擬及效率分析；同時(shí)對系統的總功率、電壓電流及各個(gè)逆變器的運行數據進(jìn)行展示。

5.1.2儲能界面

圖3儲能系統界面

本界面主要用來(lái)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(xiàn)以及電量變化曲線(xiàn)。

圖4儲能系統PCS參數設置界面

本界面主要用來(lái)展示對PCS的參數進(jìn)行設置，包括開(kāi)關(guān)機、運行模式、功率設定以及電壓、電流的限值。

圖5儲能系統BMS參數設置界面

本界面用來(lái)展示對BMS的參數進(jìn)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6儲能系統PCS電網(wǎng)側數據界面

本界面用來(lái)展示對PCS電網(wǎng)側數據，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數等。

圖7儲能系統PCS交流側數據界面

本界面用來(lái)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(shí)針對交流側的異常信息進(jìn)行告警。

圖8儲能系統PCS直流側數據界面

本界面用來(lái)展示對PCS直流側數據，主要包括電壓、電流、功率、電量等。同時(shí)針對直流側的異常信息進(jìn)行告警。

圖9儲能系統PCS狀態(tài)界面

本界面用來(lái)展示對PCS狀態(tài)信息，主要包括通訊狀態(tài)、運行狀態(tài)、STS運行狀態(tài)及STS故障告警等。

圖10儲能電池狀態(tài)界面

本界面用來(lái)展示對BMS狀態(tài)信息，主要包括儲能電池的運行狀態(tài)、系統信息、數據信息以及告警信息等，同時(shí)展示當前儲能電池的SOC信息。

圖11儲能電池簇運行數據界面

本界面用來(lái)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。

5.1.3風(fēng)電界面

圖12風(fēng)電系統界面

本界面用來(lái)展示對風(fēng)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(tài)監測及報警、逆變器及電站發(fā)電量統計及分析、電站發(fā)電量年有效利用小時(shí)數統計、發(fā)電收益統計、碳減排統計、風(fēng)速/風(fēng)力/環(huán)境溫濕度監測、發(fā)電功率模擬及效率分析；同時(shí)對系統的總功率、電壓電流及各個(gè)逆變器的運行數據進(jìn)行展示。

5.1.4充電站界面

圖13充電站界面

本界面用來(lái)展示對充電站系統信息，主要包括充電站用電總功率、交直流充電站的功率、電量、電量費用，變化曲線(xiàn)、各個(gè)充電站的運行數據等。

5.1.5視頻監控界面

圖14微電網(wǎng)視頻監控界面

本界面主要展示系統所接入的視頻畫(huà)面，且通過(guò)不同的配置，實(shí)現預覽、回放、管理與控制等。

5.1.6發(fā)電預測

系統應可以通過(guò)歷史發(fā)電數據、實(shí)測數據、未來(lái)天氣預測數據，對分布式發(fā)電進(jìn)行短期、超短期發(fā)電功率預測，并展示合格率及誤差分析。根據功率預測可進(jìn)行人工輸入或者自動(dòng)生成發(fā)電計劃，便于用戶(hù)對該系統新能源發(fā)電的集中管控。

圖15光伏預測界面

5.1.7策略配置

系統應可以根據發(fā)電數據、儲能系統容量、負荷需求及分時(shí)電價(jià)信息，進(jìn)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、防逆流、有序充電、動(dòng)態(tài)擴容等。

具體策略根據項目實(shí)際情況（如儲能柜數量、負載功率、光伏系統能力等）進(jìn)行接口適配和策略調整，同時(shí)支持定制化需求。

圖16策略配置界面

5.1.8運行報表

應能查詢(xún)各子系統、回路或設備*時(shí)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(wú)功功率、正向有功電能、尖峰平谷時(shí)段電量等。

圖17運行報表

5.1.9實(shí)時(shí)報警

應具有實(shí)時(shí)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(dòng)和關(guān)閉等遙信變位，及設備內部的保護動(dòng)作或事故跳閘時(shí)應能發(fā)出告警，應能實(shí)時(shí)顯示告警事件或跳閘事件，包括保護事件名稱(chēng)、保護動(dòng)作時(shí)刻；并應能以彈窗、聲音、短信和電話(huà)等形式通知相關(guān)人員。

圖18實(shí)時(shí)告警

5.1.10歷史事件查詢(xún)

應能夠對遙信變位，保護動(dòng)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(fēng)速、氣壓越限等事件記錄進(jìn)行存儲和管理，方便用戶(hù)對系統事件和報警進(jìn)行歷史追溯，查詢(xún)統計、事故分析。

圖19歷史事件查詢(xún)

5.1.11電能質(zhì)量監測

應可以對整個(gè)微電網(wǎng)系統的電能質(zhì)量包括穩態(tài)狀態(tài)和暫態(tài)狀態(tài)進(jìn)行持續監測，使管理人員實(shí)時(shí)掌握供電系統電能質(zhì)量情況，以便及時(shí)發(fā)現和消除供電不穩定因素。

1）在供電系統主界面上應能實(shí)時(shí)顯示各電能質(zhì)量監測點(diǎn)的監測裝置通信狀態(tài)、各監測點(diǎn)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(shí)時(shí)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(dòng)與閃變：系統應能顯示A/B/C三相電壓波動(dòng)值、A/B/C三相電壓短閃變值、A/B/C三相電壓長(cháng)閃變值；應能提供A/B/C三相電壓波動(dòng)曲線(xiàn)、短閃變曲線(xiàn)和長(cháng)閃變曲線(xiàn)；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(wú)功功率和視在功率；應能顯示三相總有功功率、總無(wú)功功率、總視在功率和總功率因素；應能提供有功負荷曲線(xiàn)，包括日有功負荷曲線(xiàn)（折線(xiàn)型）和年有功負荷曲線(xiàn)（折線(xiàn)型）；

5）電壓暫態(tài)監測：在電能質(zhì)量暫態(tài)事件如電壓暫升、電壓暫降、短時(shí)中斷發(fā)生時(shí)，系統應能產(chǎn)生告警，事件能以彈窗、閃爍、聲音、短信、電話(huà)等形式通知相關(guān)人員；系統應能查看相應暫態(tài)事件發(fā)生前后的波形。

6）電能質(zhì)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、*值、*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(chēng)、狀態(tài)（動(dòng)作或返回）、波形號、越限值、故障持續時(shí)間、事件發(fā)生的時(shí)間。

圖20微電網(wǎng)系統電能質(zhì)量界面

5.1.12遙控功能

應可以對整個(gè)微電網(wǎng)系統范圍內的設備進(jìn)行遠程遙控操作。系統維護人員可以通過(guò)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(shí)執行調度系統或站內相應的操作命令。

圖21遙控功能

5.1.13曲線(xiàn)查詢(xún)

應可在曲線(xiàn)查詢(xún)界面，可以直接查看各電參量曲線(xiàn)，包括三相電流、三相電壓、有功功率、無(wú)功功率、功率因數、SOC、SOH、充放電量變化等曲線(xiàn)。

圖22曲線(xiàn)查詢(xún)

5.1.14統計報表

具備定時(shí)抄表匯總統計功能，用戶(hù)可以自由查詢(xún)自系統正常運行以來(lái)任意時(shí)間段內各配電節點(diǎn)的發(fā)電、用電、充放電情況，即該節點(diǎn)進(jìn)線(xiàn)用電量與各分支回路消耗電量的統計分析報表。對微電網(wǎng)與外部系統間電能量交換進(jìn)行統計分析；對系統運行的節能、收益等分析；具備對微電網(wǎng)供電可靠性分析，包括年停電時(shí)間、年停電次數等分析；具備對并網(wǎng)型微電網(wǎng)的并網(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行電能質(zhì)量分析。

圖23統計報表

5.1.15網(wǎng)絡(luò )拓撲圖

系統支持實(shí)時(shí)監視接入系統的各設備的通信狀態(tài)，能夠完整的顯示整個(gè)系統網(wǎng)絡(luò )結構；可在線(xiàn)診斷設備通信狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)絡(luò )異常時(shí)能自動(dòng)在界面上顯示故障設備或元件及其故障部位。

圖24微電網(wǎng)系統拓撲界面

本界面主要展示微電網(wǎng)系統拓撲，包括系統的組成內容、電網(wǎng)連接方式、斷路器、表計等信息。

5.1.16通信管理

可以對整個(gè)微電網(wǎng)系統范圍內的設備通信情況進(jìn)行管理、控制、數據的實(shí)時(shí)監測。系統維護人員可以通過(guò)管理系統的主程序右鍵打開(kāi)通信管理程序，然后選擇通信控制啟動(dòng)所有端口或某個(gè)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25通信管理

5.1.17用戶(hù)權限管理

應具備設置用戶(hù)權限管理功能。通過(guò)用戶(hù)權限管理能夠防止未經(jīng)授權的操作（如遙控操作，運行參數修改等）?？梢远x不同級別用戶(hù)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26用戶(hù)權限

5.1.18故障錄波

應可以在系統發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)準確地記錄故障前、后過(guò)程的各相關(guān)電氣量的變化情況，通過(guò)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(dòng)作、提高電力系統安全運行水平有著(zhù)重要作用。其中故障錄波共可記錄16條，每條錄波可觸發(fā)6段錄波，每次錄波可記錄故障前8個(gè)周波、故障后4個(gè)周波波形，總錄波時(shí)間共計46s。每個(gè)采樣點(diǎn)錄波至少包含12個(gè)模擬量、10個(gè)開(kāi)關(guān)量波形。

圖27故障錄波

5.1.19事故追憶

可以自動(dòng)記錄事故時(shí)刻前后一段時(shí)間的所有實(shí)時(shí)掃描數據，包括開(kāi)關(guān)位置、保護動(dòng)作狀態(tài)、遙測量等，形成事故分析的數據基礎。

用戶(hù)可自定義事故追憶的啟動(dòng)事件，當每個(gè)事件發(fā)生時(shí)，存儲事故*10個(gè)掃描周期及事故后10個(gè)掃描周期的有關(guān)點(diǎn)數據。啟動(dòng)事件和監視的數據點(diǎn)可由用戶(hù)隨意修改。

5.2硬件及其配套產(chǎn)品

6結束語(yǔ)

隨著(zhù)光伏技術(shù)、儲能技術(shù)及能源管理技術(shù)的發(fā)展,光儲充一體化技術(shù)在我國已經(jīng)得到了較廣泛的推廣和應用,未來(lái)具有廣闊的發(fā)展前景,隨著(zhù)技術(shù)迭代.光儲充一體化技術(shù)正在向更智能、更環(huán)保的方向發(fā)展。推動(dòng)光儲充一體化技術(shù)的深人發(fā)展和應用,有效利用太陽(yáng)能等清潔能源,有助于優(yōu)化能源結構,助推我國雙碳目標的實(shí)現。

【參考文獻】

[1]張元軍，李亞君，張正修，劉愛(ài)園，陸青松，委福祥.光儲充一體化技術(shù)的發(fā)展現狀與未來(lái)趨勢.

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[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊2022.05版.

[4]黃*,王洋,熊振中,等.基于光儲充一體化的工業(yè)微電網(wǎng)系統應用研究[J].東方電氣評論,2023(3):33-39