安科瑞 劉秋霞
摘要：為探討新能源光儲充一體化電站建設的核心要素，并解決相關建設問題，推動新能源領域的發展，文章對新能源光儲充一體化電站建設展開了具體研究。通過對環保與可持續發展、能源利用效率、新能源產業升級和經濟效益等方面的分析，闡明了新能源光儲充一體化電站建設的現實意義；在核心要素方面，*點探討了光伏電池出力、負荷特性、儲能系統、充電樁設備和耦合技術等；通過保證充電的有序性、優化設計濾波器和充放電儲能協同調度等策略，提出了新能源光儲充一體化電站建設的有效策略。
關鍵詞：新能源；光儲充一體化電站；充電樁；耦合技術
0引言
隨著全球能源危機和環境問題的日益嚴峻，新能源的開發與利用已成為全球關注的焦點。光儲充一體化電站作為一種集光伏發電、儲能和充電于一體的綜合能源系統，不僅能夠有效提高能源利用效率，還能推動新能源產業的升級，對其建設進行研究具有重要的現實意義。
1新能源光儲充一體化電站建設的現實意義
1.1符合環保與可持續發展要求
光儲充一體化電站利用太陽能、風能等可再生能源為新能源汽車提供充電服務，有效減少碳排放，保護環境。符合目前全球推動綠色、低碳、可持續發展的趨勢，有助于應對氣候變化和環境惡化等全球性問題。
1.2有效提高能源利用效率
光儲一體化電站能夠實現對能源的統一管理和調度，根據實時需求和電價進行智能調度，有效降低能源成本，有效增強能源利用效率。同時，儲能系統可以解決可再生能源的間歇性和波動性問題，實現電力在發電側、電網側和用戶側的穩定運行。
1.3推動新能源產業升級
光儲充一體化電站的建設是推動新能源產業升級的重要力量。隨著可再生能源的快速發展和儲能技術的不斷進步，光儲充一體化將在未來發揮更加舉足輕重的作用，為新能源產業的高質量發展提供有力支持。
1.4提高經濟效益
雖然光儲充一體化電站的建設成本較高，但其*效、節能、環保的特點可以獲得更穩定的用戶群體和更多的使用頻次。同時，電站的建設和運營成本相對較低，提供*效充電服務，可以獲得穩定的收益。此外，電站還可以為當地的旅游產業和商業活動提供便利，進一步增加經濟效益。
2新能源光儲充一體化電站建設的核心要素
新能源光儲充一體化電站的利用時間受多種因素影響，如設計、設備選型、建設、調度、運行、維護等。例如，某5MW光儲系統設計的多年平均時間為3000h，實測全年累計利用時間達到3329.4h；10MW光儲系統設計的多年平均利用時間為2500h，實測全年累計利用時間為2710.3h，這些數據都顯示光儲系統在實際運行中的效率較高，能夠達到設計預期。
2.1光伏電池出力
新能源光儲充一體化電站建設的核心技術中，光伏電池出力是舉足輕重的一環。
光伏電池是將太陽能轉化為電能的核心組件，其出力大小直接影響整個電站的發電效率和運行穩定性。在光伏電池出力的核心技術方面，單晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜等不同類型的太陽能電池技術各有特點。單晶硅電池具有較高的轉換效率和穩定性，但成本也相對較高；多晶硅電池具有成本優勢和良好的性能表現；非晶硅電池和薄膜電池具有更高的靈活性和廣泛的應用范圍。
為有效增強光伏電池的出力效率和穩定性，研究者致力于優化電池結構設計、有效增強材料性能及改善生產工藝等方面。例如，通過及時優化完善電池表面的抗反射涂層和電*結構，減少光損失和有效增強電流收集效率；通過優化材料的晶體結構和摻雜工藝，進一步有效增強電池的光電轉換效率。
在實際應用中，光伏電池會受到溫度、光照強度、陰影遮擋等多種因素的影響，導致出力波動。因此，研究者還致力于開發智能控制算法和預測模型，以實現對光伏電池出力的*準控制和預測，有效增強電站的運行效率和穩定性。例如，2023年全年的實證實驗數據顯示，光伏電池在面臨不同技術類型的情況下，其出力規律呈現一致性。具體來說，隧穿氧化層鈍化接觸太陽能電池（TOPCon）和叉指式背接觸電池（IBC）相比鈍化發射*和背面電池（PERC），分別具有更高的發電量。其中，TOPCon比PERC高出2.87%，IBC比PERC高出1.71%。這些數據提供了不同技術類型光伏電池出力性能的直接證據。此外，實證數據還顯示，不同廠家的PERC182mm組件在發電量方面存在偏差，*大偏差達到1.63%。這可能是由于個別廠家在組件工藝控制方面存在問題，導致光伏組件匹配損失過大，達到2.36%。這也表明，在光伏電池出力的優化上，除了技術選擇外，還需要關注生產工藝和組件匹配等因素。
2.2負荷特性
新能源光儲充一體化電站建設中的負荷特性是關鍵技術之一，它涉及電站運行時的電力需求、波動情況及峰谷時段等，以下是一些關于負荷特性的相關數據參數。
（1）負荷峰值與谷值。負荷峰值：在一天或特定時間段內，電站所需的*大電力負荷。例如，某電站的負荷峰值可能達到10MW。負荷谷值：相對較低的電力負荷時段，如深夜時段，某電站的負荷谷值可能降至2MW。
（2）負荷波動率。負荷波動率反映了負荷隨時間變化的程度，如某電站的負荷波動率可能在10%～20%，意味著負荷在1d內會有較明顯的起伏。
（3）峰谷差。峰谷差是指負荷峰值與谷值之間的差值，反映了電站負荷的波動幅度，如某電站的峰谷差可能達到8MW。
（4）負荷率。負荷率是指電站實際負荷與額定負荷之比，反映了電站設備的利用情況，如某電站的負荷率可能維持在70%～90%。
（5）負荷曲線。負荷曲線是反映負荷隨時間變化情況的圖形表示。通過分析負荷曲線可以了解電站的負荷變化規律，如負荷的日變化、周變化或季節性變化等。
（6）負荷特性系數。負荷特性系數用于描述負荷的特定屬性，如負荷的功率因數、不平衡度等，這些系數有助于更*確地描述和分析負荷特性。
（7）充電與放電負荷。充電負荷：電站中充電設施所需的電力負荷，通常與充電站的規模和充電功率有關。放電負荷：在需要為電網提供支撐或調節時，儲能設施放電所產生的負荷。
需要注意的是，這些數據參數可能會因電站的具體配置、地理位置、氣候條件及用戶用電習慣等因素而有所不同。因此，在實際建設中，需要根據具體情況進行詳細的負荷特性分析和預測，以指導電站的設計、配置和運營管理。同時，隨著技術的不斷進步和市場的變化，這些數據參數也可能會有更新和調整。
2.3儲能系統
在新能源光儲充一體化電站建設中，儲能系統是其核心技術之一。儲能系統的主要作用在于平滑電力輸出、削峰填谷、提高供電可靠性及優化能源配置，以下是關于儲能系統的一些實證數據。
（1）能量容量。以某10MW光儲充一體化電站為例，其儲能系統的能量容量達到了5MW·h，這意味著該儲能系統能夠儲存大量的電能，以滿足高峰時段的電力需求或應對突發情況。
（2）功率容量。以某10MW光儲充一體化電站為例，其儲能系統的功率容量為10MW，這表示儲能系統能夠在短時間內快速充放電，以響應電網的調度需求或平衡電力負荷。
（3）循環壽命。經過實際運行測試，某儲能系統的循環壽命達5000次以上，這意味著在*全充放電的狀態下，儲能系統能夠重復進行充放電循環，保證了其長期穩定運行的能力。
（4）效率。在充放電過程中，某儲能系統的能量轉化效率達90%以上，這表示在能量轉換過程中損失較小，儲能系統的性能較為*越。
（5）響應時間。某儲能系統的響應時間小于1s，這意味著在電網出現波動或需要快速調整電力輸出時，儲能系統能夠迅速響應，確保電力供應的穩定性。
2.4充電樁設備
充電樁設備是一種專門為電動汽車或其他電池供電設備設計的充電設備，它的主要功能是向電動汽車等提供電能，讓車輛能夠完成充電，以延長其行駛里程。充電樁設備通常由電源單元、一組電池和一組充電插座組成，能夠將電能轉化為電流并存儲在電池中，以供用戶隨時使用。它可以通過電源單元將電能轉化為電流，并通過充電插座將電能傳輸到電動汽車的電池中。此外，充電樁設備通常還配備了監控系統，以實時監測充電電流、電壓等參數，有效保證充電過程的安全可靠。根據不同形式的充電方式和功能特點，充電樁設備可分為以下類型：
（1）慢速充電樁。通常通過標準的電源插座（如家庭插座）向電動車輛提供充電，充電功率較低（通常為1.4kW）。它適用于長時間停放的場所，如住宅區、商場等，充電時間相對較長，一般需要幾個小時或更長時間才能充滿電。
（2）快速充電樁。通常安裝在公共場所，如停車場、加油站等，提供較高的充電功率（通常為7～22kW）。
（3）直流快充樁：具有高功率充電能力，可以在短時間內給電動車輛充滿電。其充電功率通常在50kW以上。
（4）特快充電樁：*新一代的高功率充電設備，充電功率超過150kW，能夠提供非常快的充電速度。
2.5耦合技術
耦合技術主要分為交流耦合和直流耦合兩種。在交流耦合系統中，光伏系統和儲能系統既可以獨立運行，也可以脫離電網組成微網系統。光伏系統所發電力可通過光伏逆變器為負載供電或輸入電網，也可通過儲能逆變器為電池充電。這種方案的連接靈活，增減設備方便，可應用于光伏存量和新增市場。在直流耦合方案中，光伏組件、光儲一體機和電池等部分為串行狀態，設備增減比較復雜，靈活性一般。它主要應用于光伏新增市場，如新裝的光儲系統，需要根據用戶的負載功率和用電量來設計。
3新能源光儲充一體化電站建設的有效策略
3.1保證充電的有序性
在光儲充一體化電站中，充電的有序性對有效保證系統的穩定運行至關重要。為實現充電的有序性，可以科學選用以下策略：科學制訂嚴格的充電計劃和規定，有效保證充電過程按照規定進行；安裝智能充電設備監控和控制充電過程，避免過充或過放電；對充電設備進行定期維護和檢查，有效保證設備的正常運行。
3.2優化濾波器設計
濾波器在光儲充一體化電站中起著舉足輕重的作用，可以有效減少電網中的諧波和干擾信號。為優化設計濾波器，可以科學選用以下策略：根據實際情況和需求，選擇合適的濾波器類型和規格；對濾波器進行定期檢查和維護，有效保證其正常運行；針對濾波效果不佳的問題，*一時間進行調整和優化濾波器設計。
3.3協同調度充放電儲能
協同調度充放電儲能可以有效提高光儲充一體化電站的能源利用效率和增強系統穩定性。為實現充放電儲能的協同調度，可以科學選用以下策略：科學制定合理的充放電策略和調度方案，根據系統需求和能源情況進行優化；科學構建充放電儲能之間的通信和協調機制，實現信息共享和協同運行；結合智能控制技術，實現充放電儲能的自動調度和優化運行。
4 Acrel-2000MG充電站微電網能量管理系統
4.1平臺概述
Acrel-2000MG微電網能量管理系統，是我司根據新型電力系統下微電網監控系統與微電網能量管理系統的要求，總結國內外的研究和生產的*進經驗，專門研制出的企業微電網能量管理系統。本系統滿足光伏系統、風力發電、儲能系統以及充電站的接入，*進行數據采集分析，直接監視光伏、風能、儲能系統、充電站運行狀態及健康狀況，是一個集監控系統、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濟優化運行為目標，促進可再生能源應用，提高電網運行穩定性、補償負荷波動；有效實現用戶側的需求管理、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。為企業微電網能量管理提供安全、可靠、經濟運行提供了全新的解決方案。
微電網能量管理系統應采用分層分布式結構，整個能量管理系統在物理上分為三個層：設備層、網絡通信層和站控層。站級通信網絡采用標準以太網及TCP/IP通信協議，物理媒介可以為光纖、網線、屏蔽雙絞線等。系統支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信規約。
4.2平臺適用場合
系統可應用于城市、高速公路、工業園區、工商業區、居民區、智能建筑、海島、無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行設計，即站控層、網絡層和設備層，詳細拓撲結構如下：
圖1典型微電網能量管理系統組網方式
5.1實時監測
微電網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顯示各電氣回路的運行狀態，實時監測光伏、風電、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，動態監視各回路斷路器、隔離開關等合、分閘狀態及有關故障、告警等信號。其中，各子系統回路電參量主要有：相電壓、線電壓、三相電流、有功/無功功率、視在功率、功率因數、頻率、有功/無功電度、頻率和正向有功電能累計值；狀態參數主要有：開關狀態、斷路器故障脫扣告警等。
系統應可以對分布式電源、儲能系統進行發電管理，使管理人員實時掌握發電單元的出力信息、收益信息、儲能荷電狀態及發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行狀態管理，能夠根據儲能系統的荷電狀態進行及時告警，并支持定期的電池維護。
微電網能量管理系統的監控系統界面包括系統主界面，包含微電網光伏、風電、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行顯示。
圖1系統主界面
子界面主要包括系統主接線圖、光伏信息、風電信息、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、發電收益統計、碳減排統計、輻照度/風力/環境溫濕度監測、發電功率模擬及效率分析；同時對系統的總功率、電壓電流及各個逆變器的運行數據進行展示。
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變化曲線以及電量變化曲線。
圖4儲能系統PCS參數設置界面
本界面主要用來展示對PCS的參數進行設置，包括開關機、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
本界面用來展示對BMS的參數進行設置，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電網側數據界面
本界面用來展示對PCS電網側數據，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。同時針對交流側的異常信息進行告警。
圖8儲能系統PCS直流側數據界面
本界面用來展示對PCS直流側數據，主要包括電壓、電流、功率、電量等。同時針對直流側的異常信息進行告警。
圖9儲能系統PCS狀態界面
本界面用來展示對PCS狀態信息，主要包括通訊狀態、運行狀態、STS運行狀態及STS故障告警等。
圖10儲能電池狀態界面
本界面用來展示對BMS狀態信息，主要包括儲能電池的運行狀態、系統信息、數據信息以及告警信息等，同時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風電界面
圖12風電系統界面
本界面用來展示對風電系統信息，主要包括逆變控制一體機直流側、交流側運行狀態監測及報警、逆變器及電站發電量統計及分析、電站發電量年有效利用小時數統計、發電收益統計、碳減排統計、風速/風力/環境溫濕度監測、發電功率模擬及效率分析；同時對系統的總功率、電壓電流及各個逆變器的運行數據進行展示。
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據等。
5.1.5視頻監控界面
圖14微電網視頻監控界面
本界面主要展示系統所接入的視頻畫面，且通過不同的配置，實現預覽、回放、管理與控制等。
5.1.6發電預測
系統應可以通過歷史發電數據、實測數據、未來天氣預測數據，對分布式發電進行短期、超短期發電功率預測，并展示合格率及誤差分析。根據功率預測可進行人工輸入或者自動生成發電計劃，便于用戶對該系統新能源發電的集中管控。
圖15光伏預測界面
5.1.7策略配置
系統應可以根據發電數據、儲能系統容量、負荷需求及分時電價信息，進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、動態擴容等。
具體策略根據項目實際情況（如儲能柜數量、負載功率、光伏系統能力等）進行接口適配和策略調整，同時支持定制化需求。
圖16策略配置界面
5.1.8運行報表
應能查詢各子系統、回路或設備*時間的運行參數，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
應具有實時報警功能，系統能夠對各子系統中的逆變器、雙向變流器的啟動和關閉等遙信變位，及設備內部的保護動作或事故跳閘時應能發出告警，應能實時顯示告警事件或跳閘事件，包括保護事件名稱、保護動作時刻；并應能以彈窗、聲音、短信和電話等形式通知相關人員。
圖18實時告警
5.1.10歷史事件查詢
應能夠對遙信變位，保護動作、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、風速、氣壓越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統事件和報警進行歷史追溯，查詢統計、事故分析。
圖19歷史事件查詢
5.1.11電能質量監測
應可以對整個微電網系統的電能質量包括穩態狀態和暫態狀態進行持續監測，使管理人員實時掌握供電系統電能質量情況，以便及時發現和消除供電不穩定因素。
1）在供電系統主界面上應能實時顯示各電能質量監測點的監測裝置通信狀態、各監測點的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：系統應能顯示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、無功功率和視在功率；應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；應能提供有功負荷曲線，包括日有功負荷曲線（折線型）和年有功負荷曲線（折線型）；
5）電壓暫態監測：在電能質量暫態事件如電壓暫升、電壓暫降、短時中斷發生時，系統應能產生告警，事件能以彈窗、閃爍、聲音、短信、電話等形式通知相關人員；系統應能查看相應暫態事件發生前后的波形。
6）電能質量數據統計：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、狀態（動作或返回）、波形號、越限值、故障持續時間、事件發生的時間。
圖20微電網系統電能質量界面
5.1.12遙控功能
應可以對整個微電網系統范圍內的設備進行遠程遙控操作。系統維護人員可以通過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曲線查詢
應可在曲線查詢界面，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、SOC、SOH、充放電量變化等曲線。
圖22曲線查詢
5.1.14統計報表
具備定時抄表匯總統計功能，用戶可以自由查詢自系統正常運行以來任意時間段內各配電節點的發電、用電、充放電情況，即該節點進線用電量與各分支回路消耗電量的統計分析報表。對微電網與外部系統間電能量交換進行統計分析；對系統運行的節能、收益等分析；具備對微電網供電可靠性分析，包括年停電時間、年停電次數等分析；具備對并網型微電網的并網點進行電能質量分析。
圖23統計報表
5.1.15網絡拓撲圖
系統支持實時監視接入系統的各設備的通信狀態，能夠完整的顯示整個系統網絡結構；可在線診斷設備通信狀態，發生網絡異常時能自動在界面上顯示故障設備或元件及其故障部位。
圖24微電網系統拓撲界面
本界面主要展示微電網系統拓撲，包括系統的組成內容、電網連接方式、斷路器、表計等信息。
5.1.16通信管理
可以對整個微電網系統范圍內的設備通信情況進行管理、控制、數據的實時監測。系統維護人員可以通過管理系統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用戶權限管理
應具備設置用戶權限管理功能。通過用戶權限管理能夠防止未經授權的操作（如遙控操作，運行參數修改等）。可以定義不同級別用戶的登錄名、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用戶權限
5.1.18故障錄波
應可以在系統發生故障時，自動準確地記錄故障前、后過程的各相關電氣量的變化情況，通過對這些電氣量的分析、比較，對分析處理事故、判斷保護是否正確動作、提高電力系統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據，包括開關位置、保護動作狀態、遙測量等，形成事故分析的數據基礎。
用戶可自定義事故追憶的啟動事件，當每個事件發生時，存儲事故*10個掃描周期及事故后10個掃描周期的有關點數據。啟動事件和監視的數據點可由用戶隨意修改。
5.2硬件及其配套產品
結束語
光儲充一體化電站建設對于實現環保與可持續發展具有重要意義。通過優化設計與協同調度策略，可以有效提高能源利用效率和經濟效益，推動新能源產業的升級。未來研究應進一步探索光儲充一體化電站的技術創新和應用模式，以適應不斷變化的能源市場需求。文章研究方法包括綜合分析和實驗研究，通過對相關領域的綜述和實驗驗證，為新能源領域的發展提供了參考和指導。
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