摘要：隨著電動(dòng)汽車數(shù)量的激增，城市充電基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)面臨著前所未有的挑戰(zhàn)與機(jī)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(shù)于一體的綜合性能源系統(tǒng)，正逐漸成為解決電動(dòng)汽車充電問題、優(yōu)化電網(wǎng)運(yùn)行、促進(jìn)可再生能源高效利用的重要途徑。本文就此闡述了新能源光儲充一體化電站的現(xiàn)狀，分析了其關(guān)鍵技術(shù)存在難點(diǎn)及對策，旨在為相關(guān)領(lǐng)域的研究和實(shí)踐提供有益的參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：新能源；光儲充一體化；電站建設(shè)；關(guān)鍵技術(shù)

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(shù)領(lǐng)域中，“光儲充”這一術(shù)語精準(zhǔn)地概括了三種核心功能：“光”代表光伏發(fā)電技術(shù)；“儲”則指的是電能儲存系統(tǒng)及其配套設(shè)備；“充”是為電動(dòng)汽車等移動(dòng)設(shè)備提供電力補(bǔ)給的交直流充電樁。光儲充一體化概念，實(shí)質(zhì)上是一個(gè)集成了上述三項(xiàng)功能、配套設(shè)備及必要監(jiān)控與保護(hù)機(jī)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(gòu)建的，其核心目標(biāo)是為電動(dòng)汽車提供高效、可靠的充電服務(wù)。

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(shù)，實(shí)現(xiàn)了可再生能源的直接轉(zhuǎn)化與應(yīng)用，同時(shí)結(jié)合儲能系統(tǒng)，有效儲存余電并在需要時(shí)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(wǎng)的依賴，降低了因電網(wǎng)負(fù)荷波動(dòng)帶來的不確定性。其次，光儲充一體化充電站以其零排放或低排放的特性，降低了對環(huán)境的污染，為應(yīng)對全球氣候變化做出了積極貢獻(xiàn)。再者，光儲充一體化充電站在對電網(wǎng)的影響上也表現(xiàn)出色。通過儲能系統(tǒng)的調(diào)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(wǎng)的瞬間高負(fù)荷需求，從而降低電網(wǎng)的運(yùn)行壓力和風(fēng)險(xiǎn)。所以，目前非常有必要建設(shè)數(shù)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。

（1）電動(dòng)汽車型光儲充一體化電站主要面向電動(dòng)汽車的充電需求，集光伏發(fā)電、儲能、充電于一體，為電動(dòng)汽車提供綠色、便捷、高效的充電服務(wù)。這類電站通常建設(shè)在公共充電區(qū)域，如商業(yè)綜合體、旅游景區(qū)、公共服務(wù)機(jī)構(gòu)等人流量較大的區(qū)域附近，以及公交樞紐、道路客運(yùn)站、物流貨運(yùn)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(dòng)汽車的充電需求，還能通過光伏發(fā)電和儲能系統(tǒng)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)能源的高效利用和綠色排放，降低對電網(wǎng)的依賴和負(fù)荷壓力。

（2）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(dòng)汽車充電功能集成到家庭用電系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)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(jìn)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(dòng)汽車充電使用。在陽光充足時(shí)，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(shí)，儲能系統(tǒng)可以釋放電能，滿足家庭用電和電動(dòng)汽車的充電需求。

2 新能源光儲充一體化電站建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 儲能控制

儲能系統(tǒng)包括、精密的電池管理系統(tǒng)（BMS）、靈活的雙向變流器（PCS）以及全面的保護(hù)與監(jiān)控設(shè)備。儲能電池，作為核心儲能元件，以鋰離子電池等高效能技術(shù)為主流，憑借其高能量密度、長循環(huán)壽命及快速充放電能力，有效儲存光伏發(fā)電產(chǎn)生的多余電能。BMS 則如同儲能電池的“智慧大腦”，實(shí)時(shí)監(jiān)控電池組的各項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)，確保其在安全范圍內(nèi)運(yùn)行，同時(shí)優(yōu)化充放電策略，延長電池使用壽命，提升整體系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性。

儲能系統(tǒng)需要根據(jù)光伏發(fā)電、充電需求和變壓器負(fù)荷率進(jìn)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(yùn)行安全。

2.3 智能預(yù)測

預(yù)測包括光伏發(fā)電預(yù)測和負(fù)荷預(yù)測。通過算法能更準(zhǔn)確的預(yù)測光伏發(fā)電和充電需求曲線，則可以幫助運(yùn)營方更準(zhǔn)確的制定能源使用策略，包括儲能充放電控制、充電價(jià)格制定，確保在保障運(yùn)行安全的前提下實(shí)現(xiàn)收益最大化。光儲充一體化電站在服務(wù)電動(dòng)汽車充電的同時(shí)，還需兼顧多樣化的負(fù)荷需求，特別是在商業(yè)住宅區(qū)和居民小區(qū)內(nèi)部署時(shí)，其運(yùn)營復(fù)雜性顯著增加。除了基本的充電負(fù)荷外，還需細(xì)致考慮照明系統(tǒng)、生活清潔設(shè)備（如洗衣機(jī)、洗碗機(jī)）、商業(yè)運(yùn)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(wǎng)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(jìn)行數(shù)據(jù)采集分析，直接監(jiān)視光伏、儲能系統(tǒng)、充電站運(yùn)行狀態(tài)及健康狀況，是一個(gè)集監(jiān)控系統(tǒng)、能量管理、智能預(yù)測為一體的管理系統(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(yùn)行為目標(biāo)，促進(jìn)新能源消納，降低供電成本。

3.2系統(tǒng)架構(gòu)

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(gè)能量管理系統(tǒng)在物理上分為三個(gè)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。

本平臺采用分層分布式結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，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

4.1 預(yù)測算法

光伏發(fā)電功率預(yù)測系統(tǒng)通過采集數(shù)值天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)環(huán)境氣象數(shù)據(jù)、光伏電站實(shí)時(shí)輸出功率數(shù)據(jù)、光伏組件運(yùn)行狀態(tài)等信息，結(jié)合相關(guān)算法模型，實(shí)現(xiàn)短期功率預(yù)測（預(yù)測光伏電站未來0h-72h的光伏輸出功率，時(shí)間分辨率為15min）、超短期功率預(yù)測（預(yù)測未來15min-4h的光伏輸出功率，時(shí)間分辨率為15min）功能。負(fù)荷預(yù)測根據(jù)歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)，結(jié)合生產(chǎn)計(jì)劃、天氣等因素預(yù)測下一個(gè)周期的負(fù)荷需求，協(xié)助安排能源計(jì)劃和控制策略。

系統(tǒng)結(jié)合光伏發(fā)電預(yù)測和負(fù)荷預(yù)測數(shù)據(jù)計(jì)算充電可用容量，結(jié)合充電歷史特點(diǎn)對儲能進(jìn)行充放電控制，或調(diào)整電動(dòng)汽車充電功率、價(jià)格進(jìn)行調(diào)控，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的同時(shí)降低充電成本。

圖2 光功率預(yù)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(diào)分配技術(shù)，基于在通用設(shè)計(jì)平臺和運(yùn)行環(huán)境上開發(fā)能量協(xié)調(diào)控制策略，實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)、分布式可再生能源發(fā)電、儲能裝置、充電設(shè)施之間能量的互動(dòng)融合和靈活調(diào)配。系統(tǒng)在保障變壓器安全運(yùn)行前提下進(jìn)行優(yōu)化調(diào)控，有效消除峰谷差、平滑負(fù)荷，短時(shí)柔性擴(kuò)容，提高電力設(shè)備運(yùn)行效率、補(bǔ)償負(fù)荷波動(dòng)。同時(shí)在不允許對電網(wǎng)送電的情況下還可以通過調(diào)節(jié)光伏發(fā)電、儲能充電、調(diào)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(jù)負(fù)荷允許容量變化來進(jìn)行充電許可或充電功率控制，采用先到先充或權(quán)限優(yōu)先等策略，保障電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定。系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測變壓器負(fù)荷率，計(jì)算變壓器剩余容量，結(jié)合充電需求和儲能系統(tǒng)放電容量對充電進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制，包括：用戶權(quán)限識別、充電行為統(tǒng)計(jì)、充電功率控制、允許/禁止新增充電、調(diào)整充電價(jià)格等方式來引導(dǎo)用戶充電需求，培養(yǎng)用戶充電習(xí)慣，提高電網(wǎng)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(yùn)營管理

安科瑞充電運(yùn)營管理平臺是基于物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的充電設(shè)施管理系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對充電樁的監(jiān)控、調(diào)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(yàn)和服務(wù)質(zhì)量。用戶可以通過APP或小程序提前預(yù)約充電，避免在充電站排隊(duì)等待的情況，同時(shí)也能為充電站提供更準(zhǔn)確的充電需求數(shù)據(jù)，方便后續(xù)的調(diào)度和管理。平臺支持掃碼/刷卡充電、尋樁導(dǎo)航、訂單管理、充電樁監(jiān)控、收益分析等功能。

圖5 充電運(yùn)營管理

5.硬件及其配套產(chǎn)品

6結(jié)束語

綜上所述，新能源光儲充一體化電站建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)涉及光伏電池、儲能系統(tǒng)、充放電儲能協(xié)同調(diào)度以及濾波器優(yōu)化等多個(gè)方面。未來，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用的深入推廣，新能源光儲充一體化電站將在能源領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用，為實(shí)現(xiàn)全球能源可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)貢獻(xiàn)更大的力量。同時(shí)，我們也需要持續(xù)關(guān)注技術(shù)發(fā)展趨勢和市場變化，不斷優(yōu)化和完善電站建設(shè)方案，以應(yīng)對日益復(fù)雜的能源挑戰(zhàn)。

【參考文獻(xiàn)】

【1】許立,紀(jì)錦超,馮桂賢.新能源光儲充一體化電站建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)研究分析[J].應(yīng)用能源技術(shù),2022(12):52-55.

【2】黎耀華,賈衛(wèi)歌.光儲充一體化充電站系統(tǒng)研究[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化,2023(01):224-226.

【3】黃瑋.新能源光儲充一體化電站建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)研究分析[J].電氣技術(shù)與經(jīng)濟(jì),2023(10):41-44.

【4】曹 雷.試論新能源光儲充一體化電站建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)

【5】安科瑞高校綜合能效解決方案2022.5版.

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

審核編輯 黃宇