摘要：本文描述了一種智慧光伏儲能充電樁系統(tǒng)的架構(gòu)，并提出了一種易于通過單片機(jī)實現(xiàn)的實時能源管理策略。不同于常見光儲充方案采取交流母線的形式，該充電樁采用了直流母線電氣架構(gòu)。儲能系統(tǒng)直接掛載在直流母線上，支撐母線電壓，同時可通過功率變換器實現(xiàn)與電網(wǎng)、光伏與電動汽車之間的能量交換。通過分析該電氣架構(gòu)中的電能流經(jīng)途徑、尋找比較不錯的傳輸效率路徑，并通過儲能充分利用峰谷差價，制定規(guī)劃了光儲充多能互補(bǔ)平臺下的能源管理策略。經(jīng)分析計算，該策略能充分發(fā)揮光伏、儲能的作用，實現(xiàn)儲能日內(nèi)低倍率充放，降低充電樁使用成本。以晴天非通勤車輛三次快速充電為例，通過該策略增加收入達(dá)28%。安科瑞+任運業(yè)+15021601437

關(guān)鍵詞：光伏；儲能；充電樁；光儲充一體化；能源管理

0引言

當(dāng)前，我國電動汽車保有量連年增長，市場滲透率持續(xù)提升，但充電設(shè)施建設(shè)卻相對緩慢，2021年我國車樁比為2.7:1，仍遠(yuǎn)低于《電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展指南（2015―2020）》規(guī)劃的1:1的指標(biāo)[1]。究其原因，目前充電樁建設(shè)面臨種種困境：一方面，電力增容困難，尤以老舊居民區(qū)為例，當(dāng)接入大量充電樁負(fù)載后，電網(wǎng)負(fù)荷過重，配電容量不足以支撐；另一方面，傳統(tǒng)充電樁盈利模式單一，僅靠收取充電服務(wù)費，在充電利用率不高的情況下盈利較難。

在此背景下，“光-儲-充”一體化設(shè)備/站點的出現(xiàn)則可有效解決電力增容困難、盈利差的問題。充電樁夜間利用電池儲能，日間利用儲能放電、光伏發(fā)電，能夠有效降低充電樁使用成本，同時能夠減少高峰時期對電力資源的占用，提高整體經(jīng)濟(jì)性。

由于“光-儲-充”一體化設(shè)備/站點形成了一個自洽的分布式微網(wǎng)，負(fù)責(zé)網(wǎng)內(nèi)能源調(diào)度以及向網(wǎng)外聯(lián)絡(luò)的能源管理系統(tǒng)起到了非常重要的作用。針對“光-儲-充”一體化的能源管理策略，已有許多學(xué)者做出研究，其中以規(guī)劃配置過程中使用的遺傳、粒子群等優(yōu)化算法比較流行。文獻(xiàn)[2]通過非支配排序遺傳算法算法對多目標(biāo)優(yōu)化模型進(jìn)行求解；文獻(xiàn)[3]通過粒子群算法和混合整數(shù)線性規(guī)劃算法用于確定儲能控制策略并優(yōu)化光儲能系統(tǒng)的出力。

然而，此類算法需要對光伏以及充電負(fù)荷做出預(yù)測以便于優(yōu)化計算，而實際情況是充電樁的使用行為具有隨機(jī)性往往難以預(yù)期；另一方面，此類算法需要較強(qiáng)的計算能力，對于使用如單片機(jī)類的嵌入式微處理器并不適用。本文針對該情況，提出了一種便于工程應(yīng)用的光儲充能源管理策略，以便運行于計算資源較少的嵌入式系統(tǒng)中。

1智慧光伏儲能充電樁架構(gòu)

智慧光伏儲能充電樁包含光伏板、儲能電池、充電系統(tǒng)以及能源管理系統(tǒng)。

1.1光伏板

光伏板放置于屋頂?shù)裙庹粘渥銋^(qū)域，通過DC/DC功率轉(zhuǎn)換模塊，連接直流母線以對負(fù)載供電。相較于傳統(tǒng)光伏發(fā)電需先逆變上網(wǎng)再用電的方式，該方案通過直流系統(tǒng)就地消納，減少了能源轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，提升了能源轉(zhuǎn)換效率，實現(xiàn)了一種“源-荷-儲”一體化的微電網(wǎng)形態(tài)。

1.2儲能電池

由于充電樁設(shè)備需要較大瞬時功率，且安裝場地往往用地緊張，這就對配套的儲能系統(tǒng)提出了高功率與高能量密度的要求。

鋰離子電池是一種循環(huán)壽命長、效率高的高能量/高功率密度電池。磷酸鐵鋰電池又是其中一種熱穩(wěn)定性較好、安全可靠的電池。相比于其他電化學(xué)儲能方式，如鉛酸電池、釩液流電池，磷酸鐵鋰電池由于其優(yōu)越的充放電特性與安全性更適合作為“光-儲-充”一體化的儲能解決方案。

在本“光-儲-充”系統(tǒng)中，儲能電池直接掛載在直流母線上，支撐母線電壓，并通過掛載在母線上的功率變換器，實現(xiàn)與電網(wǎng)、光伏以及電動汽車之間的能量交換。

1.3充電系統(tǒng)

傳統(tǒng)直流充電樁通常使用多個AC/DC充電功率模塊并聯(lián)從市電取電向車端供電，并由控制電路板實現(xiàn)充電控制、人機(jī)界面、計量、絕緣監(jiān)測及線路保護(hù)等功能。本充電系統(tǒng)除了采用傳統(tǒng)AC/DC充電模塊用于實現(xiàn)直流快充外，還可額外通過掛載在直流母線上的DC/DC充電模塊形成從光伏、儲能取電用于充電的備選路徑，可為充電樁運營者在尖峰時段提供更經(jīng)濟(jì)的用電方式。

1.4能源管理系統(tǒng)

能源管理系統(tǒng)用于控制、平衡和優(yōu)化電網(wǎng)、儲能、充電樁之間的電能供應(yīng)和需求，可在峰谷用電和配網(wǎng)增容等方面帶來應(yīng)用價值。

能源管理系統(tǒng)硬件需具備一個本地控制器，可采用單片機(jī)、DSP、PLC等，控制本地功率變換器及實現(xiàn)輔助功能；另一方面，可通過遠(yuǎn)程通訊與云平臺相連，接受上級控制器指示。能源管理系統(tǒng)的本地通信采用RS485、CAN配合高壓電氣隔離方案，增強(qiáng)系統(tǒng)抗干擾能力和通信的穩(wěn)定性。遠(yuǎn)程通信采用以太網(wǎng)/LTE通信接口可選方案，方便擴(kuò)展通信主機(jī)種類和數(shù)量。

2能源管理策略

能源管理策略采取比較經(jīng)濟(jì)性原則制定。鑒于本能源管理系統(tǒng)使用單片機(jī)進(jìn)行控制，實時計算資源有限，對于遺傳算法、粒子群等對計算能力要求較高的算法難以實現(xiàn)，因此需要采用占用資源較少且易于編寫單片機(jī)代碼的能源管理策略。

2.1模型分析與簡化

由于該模型存在多個變量，需要采用多變量優(yōu)化求解方法，計算較為復(fù)雜，因此需要簡化模型。

經(jīng)分析總結(jié)，能源流向途經(jīng)及轉(zhuǎn)化效率由路徑上各級功率轉(zhuǎn)換模塊平均工作效率乘積而得。顯而易見，轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)越多，轉(zhuǎn)換效率越低。儲能側(cè)的轉(zhuǎn)換效率由于其經(jīng)過的轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)較多，相應(yīng)損耗較高。

針對市電向車端供電，由于a―2―3―c路徑相比于a―1―c多一轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，效率偏低，因此應(yīng)優(yōu)先選擇a―1―c路徑。此要求等效于不應(yīng)有凈流量同時流過P2、P3線路。

在此情況下，按照光儲系統(tǒng)凈流量(Pb+Pd)大小情況，可分為：

1)光儲凈流入(Pb+Pd)≤0；

2)光儲凈流出0<(Pb+Pd)≤Pc；

3)光儲凈流出上網(wǎng)或充電（Pb+Pd)>Pc三種情形。

以計算2號雙向功率變換器實時輸出功率為例，這三類情形可歸納總結(jié)為：可解決母線功率在2、3號變換器功率分配的問題，以便進(jìn)行下一步能源管理策略的優(yōu)化計算。

2.2儲能管理策略

從比較經(jīng)濟(jì)角度而言，需考慮以下因素：

1)光伏作為清潔可再生能源并無電價成本，應(yīng)很大程度利用；

2)由于峰谷差價較大，用電成本不同，通過儲能電池在谷電時間充電、尖峰時段放電，具有較高經(jīng)濟(jì)效益，可大幅降低充電樁使用成本。

根據(jù)上述兩條原則，為使光伏發(fā)電較大化利用，光伏功率變換器采用較大功率跟蹤MPPT控制形式，輸出功率由實時光伏日照條件決定，隨機(jī)不可控但可實時測量作為已知條件；而系統(tǒng)中電動汽車側(cè)用電則根據(jù)車輛實時需求輸出功率Pc，同樣隨機(jī)不可控但可作為已知條件。控制變量為儲能充放電功率Pd或市電聯(lián)絡(luò)線功率Pa之一，即可求解系統(tǒng)實時功率狀態(tài)。

對于儲能功率Pd控制可做出以下規(guī)劃：待機(jī)、較大功率快速充放電或按規(guī)劃慢速充放電。

為實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)較大化，儲能遵循一天兩峰兩充兩放利用的基本策略，并與系統(tǒng)內(nèi)其他設(shè)備狀態(tài)解耦，僅根據(jù)峰谷時段作出相應(yīng)調(diào)整變化，即谷電充滿，峰電放電，并對充放電時長做出規(guī)劃調(diào)整。以夜間谷電時段為例，因其時長較長，采用慢速充電的方式相較于大功率快充的方式更能延長儲能電池壽命。據(jù)此，可設(shè)定儲能充放電功率為規(guī)劃充放電電量除以規(guī)劃充放電時長。

3算例

下面以安裝于華東地區(qū)某商業(yè)辦公園區(qū)內(nèi)的一臺智慧充電樁為例，結(jié)合上述分析做出規(guī)劃與計算：

3.1光伏輸出功率假設(shè)

光伏輸出功率參照華東某地區(qū)某日晴朗天氣下光伏系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)。

3.2電動汽車負(fù)荷

由于充電樁負(fù)荷隨機(jī)性較大，不易預(yù)測，尤其是單臺充電樁行為受地理位置、用戶習(xí)慣等種種因素影響，假設(shè)以多車次非通勤車輛滿功率60kW充電運行為例。充電時間設(shè)定為9:00―9:30，12:30―13:30，19:30―20:00，分別代表早、中、晚充電高峰期需求。

3.3儲能使用

根據(jù)浙江省一般工商業(yè)分時電價，制定儲能使用策略。為充分利用峰谷差價，采取“一天兩充、兩放”策略，規(guī)劃充放電量。為防止深度充放電影響電池壽命，將電池充電量限定于10%與90%區(qū)間，同時可為電池過充/過放預(yù)留余地。由于午間11:00―13:00間谷時段較短，為避免短時間快速充放電，規(guī)劃該時段僅補(bǔ)電40%充電量，相應(yīng)地8:00―11:00間一峰時段則用電40%充電量。

根據(jù)各時段用、充電量以及時段小時數(shù)，可推得儲能各時段功率，計算所用儲能滿充電量為51.2kW·h。

3.4計算結(jié)果

根據(jù)以上信息，系統(tǒng)輸出功率計算結(jié)果。光伏峰值發(fā)電Pb達(dá)到20kW，儲能日內(nèi)實現(xiàn)低倍率兩充兩放Pd，較大放電倍率約為0.4C，發(fā)生于夜間19―21點尖峰時段。受大功率充電樁用電負(fù)荷Pc影響，市網(wǎng)供電Pa存在較大波動，但由于光伏與儲能系統(tǒng)存在，整體市電用電需求值僅50kW就能滿足車端60kW峰值充電需求。

從經(jīng)濟(jì)角度而言，光伏當(dāng)日發(fā)電量共計135kW·h，若按峰谷電價計算相應(yīng)節(jié)約的費用，可得收益為99.8元；充電樁側(cè)若按峰谷電價基礎(chǔ)上向用戶額外收取0.5元/(kW·h)度服務(wù)費，則當(dāng)日累計充電量120kW·h，收入161.6元，其中用電成本101.6元由用戶支付，服務(wù)費即凈收入60元。光、充共可獲得凈收入159.8元。而通過儲能按照上述策略參與其中，則收益進(jìn)一步提高，增至204.5元，增收幅度28%。

4 Acrel-2000MG充電站微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)

4.1平臺概述

Acrel-2000MG微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)，是我司根據(jù)新型電力系統(tǒng)下微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)與微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的要求，總結(jié)國內(nèi)外的研究和生產(chǎn)的經(jīng)驗，專門研制出的企業(yè)微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)。本系統(tǒng)滿足光伏系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電、儲能系統(tǒng)以及充電站的接入，*進(jìn)行數(shù)據(jù)采集分析，直接監(jiān)視光伏、風(fēng)能、儲能系統(tǒng)、充電站運行狀態(tài)及健康狀況，是一個集監(jiān)控系統(tǒng)、能量管理為一體的管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)在安全穩(wěn)定的基礎(chǔ)上以經(jīng)濟(jì)優(yōu)化運行為目標(biāo)，促進(jìn)可再生能源應(yīng)用，提高電網(wǎng)運行穩(wěn)定性、補(bǔ)償負(fù)荷波動；有效實現(xiàn)用戶側(cè)的需求管理、消除晝夜峰谷差、平滑負(fù)荷，提高電力設(shè)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(jì)運行提供了全新的解決方案。

微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)應(yīng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，整個能量管理系統(tǒng)在物理上分為三個層：設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)通信層和站控層。站級通信網(wǎng)絡(luò)采用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)及TCP/IP通信協(xié)議，物理媒介可以為光纖、網(wǎng)線、屏蔽雙絞線等。系統(tǒng)支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信規(guī)約。

4.2平臺適用場合

系統(tǒng)可應(yīng)用于城市、高速公路、工業(yè)園區(qū)、工商業(yè)區(qū)、居民區(qū)、智能建筑、海島、無電地區(qū)可再生能源系統(tǒng)監(jiān)控和能量管理需求。

4.3系統(tǒng)架構(gòu)

本平臺采用分層分布式結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，即站控層、網(wǎng)絡(luò)層和設(shè)備層，詳細(xì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下：

圖1典型微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)組網(wǎng)方式

5充電站微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)解決方案

5.1實時監(jiān)測

微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)人機(jī)界面友好，應(yīng)能夠以系統(tǒng)一次電氣圖的形式直觀顯示各電氣回路的運行狀態(tài)，實時監(jiān)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(shù)等電參數(shù)信息，動態(tài)監(jiān)視各回路斷路器、隔離開關(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(tǒng)回路電參量主要有：相電壓、線電壓、三相電流、有功/無功功率、視在功率、功率因數(shù)、頻率、有功/無功電度、頻率和正向有功電能累計值；狀態(tài)參數(shù)主要有：開關(guān)狀態(tài)、斷路器故障脫扣告警等。

系統(tǒng)應(yīng)可以對分布式電源、儲能系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電管理，使管理人員實時掌握發(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(shè)置等。

系統(tǒng)應(yīng)可以對儲能系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)管理，能夠根據(jù)儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)進(jìn)行及時告警，并支持定期的電池維護(hù)。

微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)界面包括系統(tǒng)主界面，包含微電網(wǎng)光伏、風(fēng)電、儲能、充電站及總體負(fù)荷組成情況，包括收益信息、天氣信息、節(jié)能減排信息、功率信息、電量信息、電壓電流情況等。根據(jù)不同的需求，也可將充電，儲能及光伏系統(tǒng)信息進(jìn)行顯示。

圖1系統(tǒng)主界面

子界面主要包括系統(tǒng)主接線圖、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(tǒng)計列表等。

5.1.1光伏界面

圖2光伏系統(tǒng)界面

本界面用來展示對光伏系統(tǒng)信息，主要包括逆變器直流側(cè)、交流側(cè)運行狀態(tài)監(jiān)測及報警、逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計及分析、并網(wǎng)柜電力監(jiān)測及發(fā)電量統(tǒng)計、電站發(fā)電量年有效利用小時數(shù)統(tǒng)計、發(fā)電收益統(tǒng)計、碳減排統(tǒng)計、輻照度/風(fēng)力/環(huán)境溫濕度監(jiān)測、發(fā)電功率模擬及效率分析；同時對系統(tǒng)的總功率、電壓電流及各個逆變器的運行數(shù)據(jù)進(jìn)行展示。

5.1.2儲能界面

圖3儲能系統(tǒng)界面

本界面主要用來展示本系統(tǒng)的儲能裝機(jī)容量、儲能當(dāng)前充放電量、收益、SOC變化曲線以及電量變化曲線。

圖4儲能系統(tǒng)PCS參數(shù)設(shè)置界面

本界面主要用來展示對PCS的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，包括開關(guān)機(jī)、運行模式、功率設(shè)定以及電壓、電流的限值。

圖5儲能系統(tǒng)BMS參數(shù)設(shè)置界面

本界面用來展示對BMS的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，主要包括電芯電壓、溫度保護(hù)限值、電池組電壓、電流、溫度限值等。

圖6儲能系統(tǒng)PCS電網(wǎng)側(cè)數(shù)據(jù)界面

本界面用來展示對PCS電網(wǎng)側(cè)數(shù)據(jù)，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數(shù)等。

圖7儲能系統(tǒng)PCS交流側(cè)數(shù)據(jù)界面

本界面用來展示對PCS交流側(cè)數(shù)據(jù)，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數(shù)、溫度值等。同時針對交流側(cè)的異常信息進(jìn)行告警。

圖8儲能系統(tǒng)PCS直流側(cè)數(shù)據(jù)界面

本界面用來展示對PCS直流側(cè)數(shù)據(jù)，主要包括電壓、電流、功率、電量等。同時針對直流側(cè)的異常信息進(jìn)行告警。

圖9儲能系統(tǒng)PCS狀態(tài)界面

本界面用來展示對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(tǒng)信息、數(shù)據(jù)信息以及告警信息等，同時展示當(dāng)前儲能電池的SOC信息。

圖11儲能電池簇運行數(shù)據(jù)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(dāng)前電芯的電壓、溫度值及所對應(yīng)的位置。

5.1.3風(fēng)電界面

圖12風(fēng)電系統(tǒng)界面

本界面用來展示對風(fēng)電系統(tǒng)信息，主要包括逆變控制一體機(jī)直流側(cè)、交流側(cè)運行狀態(tài)監(jiān)測及報警、逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計及分析、電站發(fā)電量年有效利用小時數(shù)統(tǒng)計、發(fā)電收益統(tǒng)計、碳減排統(tǒng)計、風(fēng)速/風(fēng)力/環(huán)境溫濕度監(jiān)測、發(fā)電功率模擬及效率分析；同時對系統(tǒng)的總功率、電壓電流及各個逆變器的運行數(shù)據(jù)進(jìn)行展示。

5.1.4充電站界面

圖13充電站界面

本界面用來展示對充電站系統(tǒng)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、各個充電站的運行數(shù)據(jù)等。

5.1.5視頻監(jiān)控界面

圖14微電網(wǎng)視頻監(jiān)控界面

本界面主要展示系統(tǒng)所接入的視頻畫面，且通過不同的配置，實現(xiàn)預(yù)覽、回放、管理與控制等。

5.1.6發(fā)電預(yù)測

系統(tǒng)應(yīng)可以通過歷史發(fā)電數(shù)據(jù)、實測數(shù)據(jù)、未來天氣預(yù)測數(shù)據(jù)，對分布式發(fā)電進(jìn)行短期、超短期發(fā)電功率預(yù)測，并展示合格率及誤差分析。根據(jù)功率預(yù)測可進(jìn)行人工輸入或者自動生成發(fā)電計劃，便于用戶對該系統(tǒng)新能源發(fā)電的集中管控。

圖15光伏預(yù)測界面

5.1.7策略配置

系統(tǒng)應(yīng)可以根據(jù)發(fā)電數(shù)據(jù)、儲能系統(tǒng)容量、負(fù)荷需求及分時電價信息，進(jìn)行系統(tǒng)運行模式的設(shè)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、動態(tài)擴(kuò)容等。

具體策略根據(jù)項目實際情況（如儲能柜數(shù)量、負(fù)載功率、光伏系統(tǒng)能力等）進(jìn)行接口適配和策略調(diào)整，同時支持定制化需求。

圖16策略配置界面

5.1.8運行報表

應(yīng)能查詢各子系統(tǒng)、回路或設(shè)備*時間的運行參數(shù)，報表中顯示電參量信息應(yīng)包括：各相電流、三相電壓、總功率因數(shù)、總有功功率、總無功功率、正向有功電能、尖峰平谷時段電量等。

圖17運行報表

5.1.9實時報警

應(yīng)具有實時報警功能，系統(tǒng)能夠?qū)Ω髯酉到y(tǒng)中的逆變器、雙向變流器的啟動和關(guān)閉等遙信變位，及設(shè)備內(nèi)部的保護(hù)動作或事故跳閘時應(yīng)能發(fā)出告警，應(yīng)能實時顯示告警事件或跳閘事件，包括保護(hù)事件名稱、保護(hù)動作時刻；并應(yīng)能以彈窗、聲音、短信和電話等形式通知相關(guān)人員。

圖18實時告警

5.1.10歷史事件查詢

應(yīng)能夠?qū)b信變位，保護(hù)動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)、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，方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進(jìn)行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析。

圖19歷史事件查詢

5.1.11電能質(zhì)量監(jiān)測

應(yīng)可以對整個微電網(wǎng)系統(tǒng)的電能質(zhì)量包括穩(wěn)態(tài)狀態(tài)和暫態(tài)狀態(tài)進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測，使管理人員實時掌握供電系統(tǒng)電能質(zhì)量情況，以便及時發(fā)現(xiàn)和消除供電不穩(wěn)定因素。

1）在供電系統(tǒng)主界面上應(yīng)能實時顯示各電能質(zhì)量監(jiān)測點的監(jiān)測裝置通信狀態(tài)、各監(jiān)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(fù)序/零序電壓值、三相電流不平衡度*和正序/負(fù)序/零序電流值；

2）諧波分析功能：系統(tǒng)應(yīng)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(yīng)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(tǒng)應(yīng)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(yīng)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(yīng)能顯示電壓偏差與頻率偏差；

4）功率與電能計量：系統(tǒng)應(yīng)能顯示A/B/C三相有功功率、無功功率和視在功率；應(yīng)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(yīng)能提供有功負(fù)荷曲線，包括日有功負(fù)荷曲線（折線型）和年有功負(fù)荷曲線（折線型）；

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

6）電能質(zhì)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計：系統(tǒng)應(yīng)能顯示1min統(tǒng)計整2h存儲的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，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(yīng)包含事件名稱、狀態(tài)（動作或返回）、波形號、越限值、故障持續(xù)時間、事件發(fā)生的時間。

圖20微電網(wǎng)系統(tǒng)電能質(zhì)量界面

5.1.12遙控功能

應(yīng)可以對整個微電網(wǎng)系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控操作。系統(tǒng)維護(hù)人員可以通過管理系統(tǒng)的主界面完成遙控操作，并遵循遙控預(yù)置、遙控返校、遙控執(zhí)行的操作順序，可以及時執(zhí)行調(diào)度系統(tǒng)或站內(nèi)相應(yīng)的操作命令。

圖21遙控功能

5.1.13曲線查詢

應(yīng)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(shù)、SOC、SOH、充放電量變化等曲線。

圖22曲線查詢

5.1.14統(tǒng)計報表

具備定時抄表匯總統(tǒng)計功能，用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運行以來任意時間段內(nèi)各配電節(jié)點的發(fā)電、用電、充放電情況，即該節(jié)點進(jìn)線用電量與各分支回路消耗電量的統(tǒng)計分析報表。對微電網(wǎng)與外部系統(tǒng)間電能量交換進(jìn)行統(tǒng)計分析；對系統(tǒng)運行的節(jié)能、收益等分析；具備對微電網(wǎng)供電可靠性分析，包括年停電時間、年停電次數(shù)等分析；具備對并網(wǎng)型微電網(wǎng)的并網(wǎng)點進(jìn)行電能質(zhì)量分析。

圖23統(tǒng)計報表

5.1.15網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

系統(tǒng)支持實時監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設(shè)備的通信狀態(tài)，能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；可在線診斷設(shè)備通信狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)絡(luò)異常時能自動在界面上顯示故障設(shè)備或元件及其故障部位。

圖24微電網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)浣缑?/p>

本界面主要展示微電網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)洌ㄏ到y(tǒng)的組成內(nèi)容、電網(wǎng)連接方式、斷路器、表計等信息。

5.1.16通信管理

可以對整個微電網(wǎng)系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備通信情況進(jìn)行管理、控制、數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測。系統(tǒng)維護(hù)人員可以通過管理系統(tǒng)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(shè)備的通信和數(shù)據(jù)情況。通信應(yīng)支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信規(guī)約。

圖25通信管理

5.1.17用戶權(quán)限管理

應(yīng)具備設(shè)置用戶權(quán)限管理功能。通過用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作（如遙控操作，運行參數(shù)修改等）。可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運行、維護(hù)、管理提供可靠的安全保障。

圖26用戶權(quán)限

5.1.18故障錄波

應(yīng)可以在系統(tǒng)發(fā)生故障時，自動準(zhǔn)確地記錄故障前、后過程的各相關(guān)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(hù)是否正確動作、提高電力系統(tǒng)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(fā)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(guān)量波形。

圖27故障錄波

5.1.19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(shù)據(jù)，包括開關(guān)位置、保護(hù)動作狀態(tài)、遙測量等，形成事故分析的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

用戶可自定義事故追憶的啟動事件，當(dāng)每個事件發(fā)生時，存儲事故前10個掃描周期及事故后10個掃描周期的有關(guān)點數(shù)據(jù)。啟動事件和監(jiān)視的數(shù)據(jù)點可由用戶隨意修改。

5.2硬件及其配套產(chǎn)品

序號	設(shè)備	型號	圖片	說明
1	能量管理系統(tǒng)	Acrel-2000MG		內(nèi)部設(shè)備的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控，由通信管理機(jī)、工業(yè)平板電腦、串口服務(wù)器、遙信模塊及相關(guān)通信輔件組成。 數(shù)據(jù)采集、上傳及轉(zhuǎn)發(fā)至服務(wù)器及協(xié)同控制裝置 策略控制:計劃曲線、需量控制、削峰填谷、備用電源等
2	顯示器	25.1英寸液晶顯示器		系統(tǒng)軟件顯示載體
3	UPS電源	UPS2000-A-2-KTTS		為監(jiān)控主機(jī)提供后備電源
4	打印機(jī)	HP108AA4		用以打印操作記錄，參數(shù)修改記錄、參數(shù)越限、復(fù)限，系統(tǒng)事故，設(shè)備故障，保護(hù)運行等記錄，以召喚打印為主要方式
5	音箱	R19U		播放報警事件信息
6	工業(yè)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)	D-LINKDES-1016A16		提供16口百兆工業(yè)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)解決了通信實時性、網(wǎng)絡(luò)安全性、本質(zhì)安全與安全防爆技術(shù)等技術(shù)問題
7	GPS時鐘	ATS1200GB		利用gps同步衛(wèi)星信號，接收1pps和串口時間信息，將本地的時鐘和gps衛(wèi)星上面的時間進(jìn)行同步
8	交流計量電表	AMC96L-E4/KC		電力參數(shù)測量(如單相或者三相的電流、電壓、有功功率、無功功率、視在功率,頻率、功率因數(shù)等)、復(fù)費率電能計量、 四象限電能計量、諧波分析以及電能監(jiān)測和考核管理。多種外圍接口功能:帶有RS485/MODBUS-RTU協(xié)議:帶開關(guān)量輸入和繼電器輸出可實現(xiàn)斷路器開關(guān)的"遜信“和“遙控”的功能
9	直流計量電表	PZ96L-DE		可測量直流系統(tǒng)中的電壓、電流、功率、正向與反向電能。可帶RS485通訊接口、模擬量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、開關(guān)量輸入/輸出等功能
10	電能質(zhì)量監(jiān)測	APView500		實時監(jiān)測電壓偏差、頻率俯差、三相電壓不平衡、電壓波動和閃變、諾波等電能質(zhì)量，記錄各類電能質(zhì)量事件,定位擾動源。
11	防孤島裝置	AM5SE-IS		防孤島保護(hù)裝置，當(dāng)外部電網(wǎng)停電后斷開和電網(wǎng)連接
12	箱變測控裝置	AM6-PWC		置針對光伏、風(fēng)能、儲能升壓變不同要求研發(fā)的集保護(hù)，測控，通訊一體化裝置，具備保護(hù)、通信管理機(jī)功能、環(huán)網(wǎng)交換機(jī)功能的測控裝置
13	通信管理機(jī)	ANet-2E851		能夠根據(jù)不同的采集規(guī)的進(jìn)行水表、氣表、電表、微機(jī)保護(hù)等設(shè)備終端的數(shù)據(jù)果集匯總: 提供規(guī)約轉(zhuǎn)換、透明轉(zhuǎn)發(fā)、數(shù)據(jù)加密壓縮、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、邊緣計算等多項功能:實時多任務(wù)并行處理數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，可多路上送平臺據(jù):
14	串口服務(wù)器	Aport		功能:轉(zhuǎn)換“輔助系統(tǒng)"的狀態(tài)數(shù)據(jù)，反饋到能量管理系統(tǒng)中。 1)空調(diào)的開關(guān)，調(diào)溫，及完全斷電(二次開關(guān)實現(xiàn)) 2)上傳配電柜各個空開信號 3)上傳UPS內(nèi)部電量信息等 4)接入電表、BSMU等設(shè)備
15	遙信模塊	ARTU-K16		1)反饋各個設(shè)備狀態(tài)，將相關(guān)數(shù)據(jù)到串口服務(wù)器: 讀消防VO信號，并轉(zhuǎn)發(fā)給到上層(關(guān)機(jī)、事件上報等) 2)采集水浸傳感器信息，并轉(zhuǎn)發(fā)3)給到上層(水浸信號事件上報) 4)讀取門禁程傳感器信息，并轉(zhuǎn)發(fā)

6結(jié)束語

本文針對一種智慧光伏儲能充電樁提出了一種簡單易用的實時能源管理策略。通過分析電能流經(jīng)途徑，使用較高效率傳輸路徑，并充分利用峰谷差價合理規(guī)劃了光儲多能互補(bǔ)平臺下的儲能充電管理策略。經(jīng)過分析計算，該策略能充分發(fā)揮光伏、儲能的作用，降低充電樁使用成本，提高經(jīng)濟(jì)性。

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【8】安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊2022.05版.

作者介紹：
任運業(yè)，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司。

審核編輯 黃宇