安科瑞 劉邁

　　摘要：隨著電動汽車數量的激增，城市充電基礎設施的建設面臨著的挑戰(zhàn)與機遇。新能源光儲充一體化電站作為一種集光伏發(fā)電、儲能與充電技術于一體的性能源系統(tǒng)，正逐漸成為解決電動汽車充電問題、優(yōu)化電網運行、促進可再生能源利用的重要途徑。本文就此闡述了新能源光儲充一體化電站的現狀，分析了其關鍵技術存在難點及對策，旨在為相關領域的研究和實踐提供有益的參考和借鑒。

　　關鍵詞：新能源；光儲充一體化；電站建設；關鍵技術

　　1 新能源光儲充一體化電站概述

　　1.1 新能源光儲充一體化電站系統(tǒng)

　　在能源技術領域中，“光儲充”這一術語地概括了三種核心功能：“光”代表光伏發(fā)電技術；“儲”則指的是電能儲存系統(tǒng)及其配套設備；“充”是為電動汽車等移動設備提供電力補給的交直流充電樁。光儲充一體化概念，實質上是一個集成了上述三項功能、配套設備及必要監(jiān)控與保護機制的小型自給自足能源系統(tǒng)。因此，光儲充一體化電站是基于這種小型自我供電系統(tǒng)構建的，其核心目標是為電動汽車提供、可靠的充電服務。

　　光儲充一體化充電站相較于傳統(tǒng)充電站有著諸多優(yōu)勢。首先，在能源來源與利用方面，光儲充一體化充電站依托于光伏發(fā)電技術，實現了可再生能源的直接轉化與應用，同時結合儲能系統(tǒng)，有效儲存余電并在需要時釋放，不僅提升了能源利用效率，降低充電成本，還減少了對電網的依賴，降低了因電網負荷波動帶來的不確定性。其次，光儲充一體化充電站以其低排放的特性，降低了對環(huán)境的污染，為應對全球氣候變化做出了積極貢獻。再者，光儲充一體化充電站在對電網的影響上也表現。通過儲能系統(tǒng)的調節(jié)作用，該類型充電站能夠平滑電力需求曲線，減少對電網的瞬間高負荷需求，從而降低電網的運行壓力和風險。所以，目前非常有必要建設數量更多的光儲充一體化充電站。

　　1.2 新能源光儲充一體化電站分類

　　新能源光儲充一體化電站主要分為兩類。

　?。?）電動汽車型光儲充一體化電站主要面向電動汽車的充電需求，集光伏發(fā)電、儲能、充電于一體，為電動汽車提供綠色、便捷、的充電服務。這類電站通常建設在公共充電區(qū)域，如商業(yè)體、旅游景區(qū)、公共服務機構等人流量較大的區(qū)域附近，以及公交樞紐、道路客運站、物流貨運站等商用車和日均充電量大的車輛集中區(qū)域。它們不僅能夠滿足電動汽車的充電需求，還能通過光伏發(fā)電和儲能系統(tǒng)的結合，實現能源的利用和綠色排放，降低對電網的依賴和負荷壓力。

　?。?）戶用型光儲充一體化電站則主要面向家庭用戶，將光伏發(fā)電、儲能和電動汽車充電功能集成到家庭用電系統(tǒng)中，實現家庭用電的自給自足和綠色排放。這類電站通常安裝在居民住宅的屋頂或庭院中，利用太陽能進行光伏發(fā)電，并將多余的電能儲存在儲能系統(tǒng)中，供家庭用電和電動汽車充電使用。在陽光充足時，光伏發(fā)電系統(tǒng)可以為家庭提供清潔的電力，并將多余的電能儲存起來；在用電高峰期或光伏發(fā)電不足時，儲能系統(tǒng)可以釋放電能，滿足家庭用電和電動汽車的充電需求。

　　2 新能源光儲充一體化電站建設關鍵技術

　　2.1 儲能控制

　　儲能系統(tǒng)包括、的電池管理系統(tǒng)（BMS）、靈活的雙向變流器（PCS）以及的保護與監(jiān)控設備。儲能電池，作為核心儲能元件，以鋰離子電池等高技術為主流，憑借其高能量密度、長循環(huán)壽命及充放電能力，有效儲存光伏發(fā)電產生的多余電能。BMS 則如同儲能電池的“智慧大腦”，實時監(jiān)控電池組的各項關鍵參數，確保其在安全范圍內運行，同時優(yōu)化充放電策略，延長電池使用壽命，提升系統(tǒng)的經濟性和環(huán)保性。

　　儲能系統(tǒng)需要根據光伏發(fā)電、充電需求和變壓器負荷率進行充放電控制，確保光伏發(fā)電的消納、滿足充電需求，并保障變壓器運行安全。

　　2.3 智能預測

　　預測包括光伏發(fā)電預測和負荷預測。通過算法能更的預測光伏發(fā)電和充電需求曲線，則可以幫助運營方更的制定能源使用策略，包括儲能充放電控制、充電價格制定，確保在保障運行安全的前提下實現收益。光儲充一體化電站在服務電動汽車充電的同時，還需兼顧多樣化的負荷需求，特別是在商業(yè)住宅區(qū)和居民小區(qū)內部署時，其運營復雜性顯著增加。除了基本的充電負荷外，還需細致考慮照明系統(tǒng)、生活清潔設備（如洗衣機、洗碗機）、商業(yè)運營所需的各類電器，以及辦公區(qū)域的電力消耗。

　　3Acrel-2000MG光儲充電站能量管理系統(tǒng)

　　3.1平臺概述

　　Acrel-2000MG微電網能量管理系統(tǒng)滿足光伏系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)以及充電站的接入，進行數據采集分析，直接監(jiān)視光伏、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、智能預測為一體的管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)在安全穩(wěn)定的基礎上以經濟優(yōu)化運行為目標，促進新能源消納，降低供電成本。

　　3.2系統(tǒng)架構

　　微電網能量管理系統(tǒng)應采用分層分布式結構，整個能量管理系統(tǒng)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(xié)議，物理媒介可以為光纖、網線、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。

　　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(tǒng)組網方式

　　4充電站能量管理系統(tǒng)主要功能

　　4.1 預測算法

　　光伏發(fā)電功率預測系統(tǒng)通過采集數值天氣預報數據、實時環(huán)境氣象數據、光伏電站實時輸出功率數據、光伏組件運行狀態(tài)等信息，結合相關算法模型，實現短期功率預測（預測光伏電站未來0h-72h的光伏輸出功率，時間分辨率為15min）、超短期功率預測（預測未來15min-4h的光伏輸出功率，時間分辨率為15min）功能。負荷預測根據歷史負荷數據，結合生產計劃、天氣等因素預測下一個周期的負荷需求，協(xié)助安排能源計劃和控制策略。

　　系統(tǒng)結合光伏發(fā)電預測和負荷預測數據計算充電可用容量，結合充電歷史特點對儲能進行充放電控制，或調整電動汽車充電功率、價格進行調控，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的同時降低充電成本。

圖2 光功率預測

　　4.2 光伏儲能能量管理策略

　　能量管理策略采用基于博弈論的功率協(xié)調分配技術，基于在通用設計平臺和運行環(huán)境上開發(fā)能量協(xié)調控制策略，實現配網、分布式可再生能源發(fā)電、儲能裝置、充電設施之間能量的互動融合和靈活調配。系統(tǒng)在保障變壓器安全運行前提下進行優(yōu)化調控，有效消除峰谷差、平滑負荷，短時柔性擴容，提高電力設備運行效率、補償負荷波動。同時在不允許對電網送電的情況下還可以通過調節(jié)光伏發(fā)電、儲能充電、調節(jié)充電樁等方式，有效防止逆功率。

圖3 能量管理策略

　　4.3 有序充電

　　有序充電策略主要根據負荷允許容量變化來進行充電許可或充電功率控制，采用先到先充或權限優(yōu)先等策略，保障電網運行穩(wěn)定。系統(tǒng)實時監(jiān)測變壓器負荷率，計算變壓器剩余容量，結合充電需求和儲能系統(tǒng)放電容量對充電進行動態(tài)控制，包括：用戶權限識別、充電行為統(tǒng)計、充電功率控制、允許/禁止新增充電、調整充電價格等方式來引導用戶充電需求，培養(yǎng)用戶充電習慣，提高電網對充電的友好度和容納能力。

圖4 有序充電管理

　　4.4 充電運營管理

　　安科瑞充電運營管理平臺是基于物聯網和大數據技術的充電設施管理系統(tǒng)，可以實現對充電樁的監(jiān)控、調度和管理，提高充電樁的利用率和充電效率，提升用戶的充電體驗和服務質量。用戶可以通過APP或小程序提前預約充電，避免在充電站排隊等待的情況，同時也能為充電站提供更的充電需求數據，方便后續(xù)的調度和管理。平臺支持掃碼/刷卡充電、尋樁導航、訂單管理、充電樁監(jiān)控、收益分析等功能。

圖5 充電運營管理

　　5.硬件及其配套產品

　　6結束語

　　綜上所述，新能源光儲充一體化電站建設的關鍵技術涉及光伏電池、儲能系統(tǒng)、充放電儲能協(xié)同調度以及濾波器優(yōu)化等多個方面。未來，隨著技術的不斷進步和應用的深入推廣，新能源光儲充一體化電站將在能源領域發(fā)揮更加重要的作用，為實現全球能源可持續(xù)發(fā)展目標貢獻更大的力量。同時，我們也需要持續(xù)關注技術發(fā)展趨勢和市場變化，不斷優(yōu)化和完善電站建設方案，以應對日益復雜的能源挑戰(zhàn)。

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　　【4】安科瑞高校能效解決方案2022.5版.

　　【5】安科瑞企業(yè)微電網設計與應用手冊2022.05版.