安科瑞魯一揚15821697760

摘要：光儲充一體化電站在新能源領域屬于創新模式，整合了太陽能發電與能量存儲系統，目的是提升能源利用效率，增強應對能源需求的靈活性。此模式給傳統能源供應與管理模式帶來變革，為能源行業開拓新方向。本文闡述光儲充一體化電站建設的重要性，深入探究其關鍵技術，涵蓋光伏發電、儲能、耦合、開關柜以及能量管理技術等，還對其未來能源領域的發展趨向予以預測，旨在為能源行業的持續創新給予理論支撐與實踐指引。

關鍵詞：光儲充一體化電站；光伏發電；能量存儲；智能管理

0 引言

光儲充一體化電站作為新型能源利用模式，關鍵在于有效整合太陽能發電與電能儲存系統，達成能源的高效運用與持續穩定供應。該模式不但能顯著提高太陽能發電利用率，減少對傳統化石燃料的依賴，而且對緩解能源危機和減輕環境污染極為關鍵。然而，光儲充一體化電站建設面臨諸多技術難點，諸如怎樣提升太陽能電池轉換效率、怎樣構建更高效且安全的能量儲存系統，以及怎樣實現這些系統的優化整合與智能管理等。解決這些技術問題是實現光儲充一體化電站高效運行的核心，也是推動可再生能源廣泛應用的重要基礎。深入剖析和探討光儲充一體化電站建設中的關鍵技術，對推動能源結構優化以及實現可持續發展目標有著極為重要的現實意義。

1 光儲充一體化電站建設的重要意義

光儲充一體化電站通過整合太陽能發電和能量存儲系統，有效解決了太陽能發電的間歇性與不穩定性問題，保障能源供應的連續性與穩定性。這種模式在提高太陽能利用效率方面獨具優勢，對減少溫室氣體排放、緩解全球氣候變化起到積極作用。在提升能源轉換與存儲效率、降低能源損耗層面，該電站模式同樣優勢顯著，對提高能源利用效率、削減能源成本極為關鍵。從技術層面看，光儲充一體化電站的建設推動了包括高效太陽能電池、大容量能量儲存系統以及智能電站管理技術等一系列創新，既推進了電站技術發展，也為其他能源技術的進步奠定了基礎。該模式在促進地區經濟發展、增加就業機會等方面也發揮了重要作用。鑒于太陽能資源分布廣泛，此電站模式在為偏遠地區和能源匱乏地區提供穩定電力供應方面具有不可替代的價值。

2 光儲充一體化電站建設的關鍵技術

2.1 光伏發電技術

2.1.1 光伏組件技術

光伏組件技術是光儲充一體化電站中光伏發電技術的核心部分，重點關注太陽能電池光電轉換效率的提升及其在電站系統中的集成應用。當前，光伏組件的發展聚焦于高效硅基太陽能電池及其創新設計。硅基太陽能電池包含單晶硅和多晶硅電池，通過采用高純度硅材料與優化晶體生長工藝，大幅提高了電池的光電轉換效率。在電池結構設計方面，運用鈍化發射極和背面電池（PERC）技術、異質結技術（HJT）以及背接觸電池技術，有效減少了電子 - 空穴對的復合損失，提升了電池的光電轉換效率。對電池片的表面處理技術加以優化，如抗反射涂層和表面鈍化技術，進一步降低了光學損耗和電子復合，增強了電池的光捕獲能力。在光伏組件的封裝與集成環節，采用高透光率的乙烯 - 醋酸乙烯共聚物（EVA）薄膜和耐候性強的背板材料，確保了組件的長期穩定性與耐環境性能。光伏組件的電氣設計通過優化串聯和并聯連接方式，實現了更高的模塊輸出功率與更低的系統線損。智能化光伏組件的研發集成了微型逆變器或優化器，達成了單個組件的最大功率點跟蹤（MPPT），提升了整個光伏陣列的能量輸出效率。光伏組件技術的創新與進步，不僅提高了光伏發電效率，還強化了光儲充一體化電站在不同環境與運行條件下的適應性與可靠性，為實現高效、穩定的太陽能發電筑牢了技術根基。

2.1.2 逆變器技術

逆變器技術在光儲充一體化電站中的作用主要是將光伏組件產生的直流電高效轉換為交流電，同時保障電能質量與系統穩定。現代逆變器憑借采用先進的功率電子技術與微電子技術，實現精準的功率控制與高效能量轉換。特別是寬帶隙半導體材料如碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）的應用，顯著降低了逆變器的導通損耗和開關損耗，從而提升轉換效率。多電平逆變器技術通過增加電壓電平，有效減少輸出電壓和電流的波動，提高輸出電能質量。集成的 MPPT 技術能依據光照和溫度變化自動調整工作狀態，最大化捕獲能量。逆變器的遠程監控和故障診斷功能，利用實時數據分析和預測性維護，提高系統運行可靠性和維護效率。為契合電網需求，現代逆變器還具備電網支持功能，如低電壓穿越（LVRT）和電壓調節，增強電網的穩定性。逆變器技術的創新不僅優化了光伏發電的能量轉換流程，也為光儲充一體化電站的高效穩定運行提供了技術支撐，成為可持續能源供應的關鍵環節。

2.2 儲能技術

儲能技術在光儲充一體化電站中占據著極為關鍵的地位，主要涉及電化學儲能系統、機械儲能設備和熱能儲存技術的應用與優化。在電化學儲能系統中，鋰離子電池因具有高能量密度、長循環壽命和優良的充放電效率而成為主流選擇。電池管理系統（BMS）的應用確保電池組安全穩定運行，通過實時監控電池狀態和性能，優化充放電策略，延長電池壽命。此外，液流電池在大規模儲能領域展現出優勢，其可擴展的儲能容量和較低的能量密度損耗能夠滿足大型電站需求。機械儲能設備如抽水蓄能和飛輪儲能，以其高效的能量轉換和長期的儲能能力適應特定場景。抽水蓄能通過高低地勢間水體的移動存儲能量，飛輪儲能利用旋轉質量的慣性存儲和釋放能量。熱能儲存技術包括相變材料儲熱和高溫熔鹽儲熱，為電站提供高效熱能存儲方式。相變材料借助物質相變吸收或釋放熱量，高溫熔鹽儲熱利用熔鹽高比熱容儲存熱能。儲能技術的綜合應用，提升了電站能量利用效率，為太陽能發電的不穩定性和間歇性提供了調節手段。精確的能量管理和調控確保電站在不同運行條件下具備高效性能，為實現可持續的能源供應奠定了堅實基礎。

2.3 耦合技術

耦合技術的關鍵在于優化光伏和儲能系統的能量流動，保障兩個系統間能量的高效傳遞與利用。電站設計采用先進的控制算法和實時數據處理技術，動態調整光伏發電和儲能系統的工作狀態，以應對電站負荷變化和環境條件的波動。例如，實施最大功率點跟蹤（MPPT）算法，自動調整光伏系統的工作點，優化能量捕獲。同時，通過精確控制儲能系統的充放電過程，平衡電站的能量供需，提高整體運行效率。耦合技術在實現光伏系統和儲能系統的熱管理方面同樣至關重要，通過優化熱控制系統，使設備保持在最佳溫度下運行，延長設備壽命，降低維護成本。耦合技術通過實現光伏發電和儲能系統間的有效接合與協調運行，提高了光儲充一體化電站的整體能效和可靠性，對電站的持續穩定運行起著決定性作用。

2.4 開關柜技術

開關柜技術在光儲充一體化電站中承擔著關鍵的配電和保護職責，確保電站內部電氣系統的安全、穩定與高效運行。開關柜主要包含斷路器、隔離開關、接觸器、繼電器和控制單元等關鍵組件，負責電站內部電力的分配、控制及保護。斷路器在電站系統中用于保護電氣設備免受過載或短路的損害，其選擇和配置需考量電流承載能力和斷路能力。隔離開關用于在維修時安全地隔離電氣設備，其設計需滿足高壓電氣隔離的安全標準。接觸器和繼電器作為控制元件，用于遠程或自動控制電站內部電氣設備的開合，其性能直接影響電站的響應速度和操作可靠性。控制單元是開關柜的核心，集成先進的微處理器和控制算法，實現對電站內部電氣設備的精確控制和實時監控。在設計開關柜時，還需考慮其防塵、防潮、抗震等物理性能，確保在惡劣環境下的穩定運行。開關柜的熱管理也十分重要，需采用高效的散熱設計，如強制通風、散熱片或空調系統，以防止設備過熱，保證運行效率和壽命。開關柜的智能化管理是提高電站效率和安全性的重要方向，通過集成智能監控系統，如故障診斷、狀態監測和預測性維護，實現對電站運行狀態的實時監控和及時維護。開關柜技術通過在電力分配、控制和保護方面的高效與可靠性，保障了光儲充一體化電站內部電氣系統的穩定運行，對電站的整體性能和安全性起著至關重要的作用。

2.5 能量管理技術

能量管理技術在光儲充一體化電站中的應用旨在實現對光伏發電、儲能系統以及電站負載之間能量流動的有效調控。該技術核心在于采用先進的管理系統和算法，對電站內部的能量產生、存儲和消耗進行實時監控與智能優化。能量管理系統（EMS）集成了高級數據處理能力和人工智能算法，能夠實時分析電站的能量產出、儲存狀態和消費需求。通過預測光伏發電的產能和負載需求的變化，EMS 調整儲能設備的充放電策略，優化能量的存儲和利用效率。電站的需求響應管理是能量管理的關鍵構成部分，涉及調節電站內部負載以及參與電網側需求響應，包括負荷平衡、峰谷電價適應等策略，以降低電能成本并提升電網穩定性。在儲能系統管理方面，EMS 不僅監控電池狀態，還通過優化充放電深度、溫度控制等手段延長電池壽命。EMS 還需具備與電網交互的能力，如支持電網頻率調節、電壓控制和應急響應功能，提高電站對電網的支持能力。在數據安全和網絡通信方面，EMS 應采用高級加密技術和穩定的通信協議，確保數據傳輸的安全性和系統的可靠運行。借助這些高級的管理技術和策略，能量管理系統不僅提升了電站的經濟效益，還增強了電站的運行可靠性和對電網的友好性，是光儲充一體化電站高效穩定運行的關鍵環節。

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擁有廣闊的發展前景，其核心在于達成更高效、可靠、環保的能源供應。隨著太陽能電池效率的持續提升與成本的進一步降低，光伏發電將更為高效和經濟，使光儲充一體化電站在各類環境中的應用更為廣泛。特別是鈣鈦礦太陽能電池、多結太陽能電池等新型高效太陽能電池技術的發展，將大幅提高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與成本效益。在儲能技術方面，鋰離子電池、液流電池等高效儲能系統的研發與優化，將顯著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極為關鍵，可提高電站的調峰能力和可靠性。未來光儲充電站將更多地采用智能化的能量管理系統，借助物聯網、大數據分析和人工智能技術進行能量的高效分配與優化管理，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發揮更為重要的作用。這種模式有助于提升能源供應的靈活性和可靠性，特別是在偏遠地區或災害情形下，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與轉型，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最大化。

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。

實現源荷最高匹配效能。

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，不能完全被負載消耗時，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

1.削峰填谷：配合儲能設備、低充高放

2.需量控制：能量儲存、充放電功率跟蹤

3.備用電源

4.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

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

多種通訊方式：支持多種通信方式，如串口、網口、WIFI、4G。

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功能，并提供規約調試工具，可監視收發原碼、報文解析、通道狀態等。

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。

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，達成環境、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

序號	名稱	圖片	型號	功能說明	使用場景
1	微機保護裝置		AM6、AM5SE	110kv及以下電壓等級線路、主變、電動機、電容器、母聯等回路保護、測控裝置	110kV、35kV、10kV
2	電能質量在線監測裝置		APView500	集諧波分析/波形采樣/電壓閃變監測/電壓不平衡度監測、電壓暫降/暫升/短時中斷等暫態監測、事件記錄、測量控制等功能為一體，滿足A級電能質量評估標準，能夠滿足110kv及以下供電系統電能質量監測的要求	110kV、35kV、10kV、0.4kV
3	防孤島保護裝置		AM5SE-IS	防止分布式電源并網發電系統非計劃持續孤島運行的繼電保護措施，防止電網出現孤島效應。裝置具有低電壓保護、過電壓保護、高頻保護、低頻保護、逆功率保護、檢同期、有壓合閘等保護功能	110kV、35kV、10kV、0.4kV
4	多功能儀表		APM520	全電力參數測量、復費率電能計量、四象限電能計量、諧波分析以及電能監測和考核管理。 接口功能：帶有RS485/MODBUS協議	并網柜、進線柜、母聯柜以及重要回路
5	多功能儀表		AEM96	具有全電量測量，諧波畸變率、分時電能統計，開關量輸入輸出，模擬量輸入輸出。	主要用于電能計量和監測
6	電動汽車充電樁		AEV200-DC60S AEV200-DC80D AEV200-DC120S AEV200-DC160S	輸出功率160/120/80/60kW直流充電樁，滿足快速充電的需要。	充電樁運營和充電控制
7	輸入輸出模塊		ARTU100-KJ8	可采集8路開關量信號，提供8路繼電器輸出	信號采集和控制輸出
8	智能網關		ANet-2E4SM	邊緣計算網關，嵌入式linux系統，網絡通訊方式具有Socket方式，支持XML格式壓縮上傳，提供AES加密及MD5身份認證等安全需求，支持斷點續傳，支持Modbus、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、101、103、104協議	電能、環境等數據采集、轉換和邏輯判斷

5結束語

結合*進的光伏發電技術與創新的儲能解決方案，這種電站模式不僅提升了能源的利用效率，還增強了供電系統的穩定性與可靠性。從技術的角度，光伏組件、逆變器、儲能系統及能量管理技術的不斷進步為電站的*效運行提供了堅實基礎。面對環境保護的挑戰和能源需求的增長，持續推動該領域的技術創新和應用擴展，對于構建更加綠色、*效的能源體系具有深遠的意義。

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【7】 安科瑞微電網能量管理系統

審核編輯 黃宇