咨詢電話：
15201760719
咨詢電話：
15201760719
摘要：隨著“雙碳"目標的提出，光伏發電已經成為了新能源發電領域重要的發電方式之一。本文提出了火力發電廠光儲充一體化發電系統設計方案，對光儲充系統設計過程進行了分析闡述，在查閱相關文獻資料后，設計了可靠、合理的方案，對火力發電廠發展光儲充一體化具有參考意義。
關鍵詞：分布式；光儲充；火電廠；光伏+
0 引言
“光伏+"應用場景雖然已經在我國已遍地開花，但“光伏+"是一種以光伏為主，附加其他能源為輔的新型清潔能源。特別是“光伏+儲能+充電樁"的模式，既能滿足清潔能源發電的特點，也能滿足利用儲能達到削峰填谷的作用，還能給新能源汽車（負荷）即發即用，越來越收到大眾的廣泛接受。因此，分析光儲存初步設計，對節能減排，助力碳中和碳達峰，是一件非常有意義的事情。
1項目概況
某火力發電廠光儲充一體化項目位于廣東省內，項目由73.5kW光伏發電系統、100kWh儲能系統、2臺直流充電系統以及后臺監控系統組成。
白天，光伏組件的硅電池在陽光的照射下，利用硅半導體的光生伏打效應將光能轉化為電能，通過單塊組件的串聯把電壓升高到逆變器的額定電壓，再通過并聯將電流匯流，使得光伏發電直流側電壓和電流達到光伏發電系統輸入額定電壓、電流轉為交流側的要求。儲能系統分為直流側儲能和交流側儲能，目前應用較廣的是交流側儲能，它們之間的唯*區別是儲能變流器（PCS）放置直流側還是交流側。光伏控制器控制光伏發電量，類似于水的閥門一樣。因此，蓄電池能夠充多少電，能不能穩定地充電與充放電控*器有關系。儲能控*器和電池系統、發電系統一起將光能轉化為電能儲存起來，使得電能能夠在合適的時機充分被利用。
晚上，電力不夠用時，儲能系統將發揮作用，通過PCS將蓄電池的電釋放出來給負荷使用。在整個儲能系統的充放電中，由能源管理系統（EMS）控制，EMS根據負荷的用電情況，控制著蓄電池釋放電量的多少和時間段。可以看出，光伏控*器和EMS是整個光儲存系統的兩大核心控制裝置系統。此外，為了以防設備被雷擊等過電壓損壞設備，造成*員和設備的損失，在整個系統中需要設計完備的過電壓保護和過負荷等保護，以此來保護整個系統的安全運行。
2光儲充一體化系統設計過程和思路
本項目的光伏組件安裝在發電廠內的汽車車棚頂，光伏所發的電優先給電動汽車充電，用不完的電量利用蓄電池儲存起來，并入到廠用電低壓柜380V母線
3光伏發電系統設計
光伏組件是太陽能光伏發電系統*核心部件，在整個光伏發電系統生命周期中，光伏組件的發電效率和造價成本是我們選擇光伏組件要考慮的兩個首要因素。目前，應用于商業性質的太陽能光伏組件主要有太陽能晶硅電池、薄膜太陽能電池。
薄膜電池由于轉化效率低，功率衰減相對較快，僅適用于小批量示范項目；晶體硅電池轉化效率高、產量大、性能穩定、使用壽命長、技術成熟、應用范圍廣、并網電站用量多，適合在分布式光伏電站中應用。綜合價*、規模、轉化效率等因素，在火力發電廠光儲充一體化發電項目中分別選擇發電效率高、制造技術成熟單晶硅太陽能組件；弱光性能好的、碲化鎘太陽能電池組件、銅銦硒太陽能組件組件。
4充電樁系統設計
表1常見充電樁電氣參數配置 | ||
輸入方式 | 電氣配置參數 | 應用場景 |
三相 | AC／DC：15kW，雙向；DC／DC：60kW、120kWh,雙向；儲能電池：≥60kWh。城市商業綜合體、城市中*停車場等用戶臨時補電或者應急充電需求場所 | 城市商業綜合體、城市停車場等用戶臨時補電或者應急充電需求場所 |
單相 | AC／DC：7kW，雙向；DC／DC：60kWh、120kWh，雙向；儲能電池：≥60kWh | 別*、住宅區等三相電拉取比較困難的場所，可利用空閑時間如間將儲能電池充滿，滿足用戶臨時補電或應急充電需求 |
目前市場處比較常見的充電樁有交流充電樁和直流充電樁，功率有60kW、120kW、240kW等，也有單槍和雙槍設置，它們的電氣參數表1。結合本項目的情況，選擇2臺120kWh直流充電樁。
儲能系統是電網“發-輸-變-配-用"環節的重要組成部分，是能源互聯網和智慧能源的*的組成部分，整個系統包括發電部分、充電控制部分和交流逆變三個部分。
目前我國電力市場中儲能的方式有很多種，其中形成規模化應用的儲能方式主要有三種，分別是鉛酸電池儲能、鋁電池儲能和液流電池儲能。儲能對于用戶來說，通常有2個指標需要考慮。首先要求電池要有很大的瞬時能源，即要求滿足短時間內輸出較大的功率來滿足負荷的瞬時波動；其次要求有較高的安全性能，需要滿足大電流、寬電壓、高溫度的生產環境，不能釋放有毒的物質，更不能產生爆*；*后要有較長的壽命周期，即要滿足較高的循環次數。相對于其他的儲能方式，鋰電池由于具備了以上較多的優點，它的放電深*DOD在的條件下也能達到循環次數7500，目前是儲能領域首*性價比*高的儲能方式。根據火力發電廠重要負荷月平均用電量4000kWh計算，日平均用電量=4000kWh/m÷30d=133kWh/d，因此滿足1d用電量存儲的蓄電池，可以采用120節12V100AH的蓄電池，為了保證絕*的電量供應不間斷，對于電廠通信保護這樣的重要負荷，一般至少要考慮按照5個白天的電量存儲，那么需要300節蓄電池。
光儲充一體化充電設施低壓母線設置于戶外匯流箱內，低壓母線采用一進四出的接線形式，自上級配電房取電，為監控攝*頭、充電樁、光儲并網系統提供電能，電氣主接線方案見圖1。光儲并網逆變器保護測控回路、充電樁保護測控回路、監控攝*頭信號回路等二次回路接入上級配電房監控系統總線，實現上級配電房對一體化充電設施的實時監控。
光儲充監控系統能源管理系統運行方式有并網運行方式、離網運行方式和并網和離網切換運行方式三類。*一種是并網運行方式，這種方式是光伏發電直接電網市電直接連
接。儲能系統對光伏發電的波動電壓、功率和頻率進行平衡，使其達到合適的范圍。*二種是離網運行方式。儲能系統協同主電源工作，在能源關系系統的統一協調和控制下，對負荷和發電量進行調節控制，當光伏發電量大于負荷用電時，將光伏發電多余的電量儲存起來，提高了能源的利用效率。*三種是分時段并網與離網切換運行的方式。EMS利用低谷時段和高峰用電時段，將并網和離網運行方式相互轉換，實現系統的穩定*優運行，實現用戶的節約能源。
Acrel-2000MG微電網能源管理系統，是我司根據新型電力系統下微電網監控系統與微電網能源管理系統的要求，總結國內外的研究和生產的經驗，專門研制出的企業微電網能源管理系統。本系統滿足光伏系統、風力發電、儲能系統以及充電樁的接入，全天候進行數據采集分析，直接監視光伏、風能、儲能系統、充電樁運行狀態及健康狀況，是一個集監控系統、能源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，提升可再生能源應用，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。為企業微電網能源管理提供安全、可靠、經濟運行提供了全新的解決方案。
微電網能源管理系統應采用分層分布式結構，整個能源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。
本方案遵循的標準有：
本技術規范書提供的設備應滿足以下規定、法規和行業標準：
GB/T26802.1-2011工業控制計算機系統通用規范*1部分：通用要求
GB/T26806.2-2011工業控制計算機系統工業控制計算機基本平臺*2部分：性能評定方法
GB/T26802.5-2011工業控制計算機系統通用規范*5部分：場地安全要求
GB/T26802.6-2011工業控制計算機系統通用規范*6部分：驗收大綱
GB/T2887-2011計算機場地通用規范
GB/T20270-2006信息安全技術網絡基礎安全技術要求
GB50174-2018電子信息系統機房設計規范
DL/T634.5101遠動設備及系統*5-101部分:傳輸規約基本遠動任務配套標準
DL/T634.5104遠動設備及系統*5-104部分:傳輸規約采用標準傳輸協議子集的IEC60870-5-網絡訪問101
GB/T33589-2017微電網接入電力系統技術規定
GB/T36274-2018微電網能源管理系統技術規范
GB/T51341-2018微電網工程設計標準
GB/T36270-2018微電網監控系統技術規范
DL/T1864-2018型微電網監控系統技術規范
T/CEC182-2018微電網并網調度運行規范
T/CEC150-2018低壓微電網并網一體化裝置技術規范
T/CEC151-2018并網型交直流混合微電網運行與控制技術規范
T/CEC152-2018并網型微電網需求響應技術要求
T/CEC153-2018并網型微電網負荷管理技術導則
T/CEC182-2018微電網并網調度運行規范
T/CEC5005-2018微電網工程設計規范
NB/T10148-2019微電網*1部分：微電網規劃設計導則
NB/T10149-2019微電網*2部分：微電網運行導則
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源管理需求。
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：
9系統功能
微電網能源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：三相電流、三相電壓、總有功功率、總無功功率、總功率因數、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。
微電網能源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、充電樁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2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、充電樁信息、通訊狀況及一些統計列表等。
圖3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。
圖4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。
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6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7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8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9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10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11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12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*大、*小電壓、溫度值及所對應的位置。
10結束語
火力發電廠消耗大量的化石能源，也產生較大的污染，建設太陽能光儲充一體化直流系統，對火力發電廠節約能源具有非常重要的意義。通過光伏建筑一體化把火電廠應用場景與光儲充相結合來產生電能，滿足火電廠重要的廠用電負荷用電，既節約了火力發電廠的燃煤消耗，也讓多余的電能能夠充分地得到利用。作兩種方式，相較于其他控制方法，獲得更好的準確性、效率性和可靠性。為電源管理的研究提供一些積*的理論建議，供業界人士參考。
參考文獻
[1]曹軼婷,歐方浩,王建興.公交光儲充一體化充電站設計[J].農村電氣化，2021(03):60-62.
[2]林青瑜,洪智勇.光儲充一體化電站關鍵技術設計[J].中國新通信，2020,22(06):80.
[3]宋蕾.3kWp戶用型光儲發電系統的設計與實現[D].哈爾濱：東北農業大學，2018.
[4]晏陽,袁簡,王夢蔚.光儲充一體化充電設施設計方案研究[J].電工技術，2019,(23):28-30.
[5]常金旺,劉波,薛建明,等.風光儲供給火電廠廠用電的消納技術及其可靠性研究[J].
[6]安科瑞企業微電網設計與應用設計,2022,05版.
[7]肖利坤.火力發電廠光儲充一體化系統設計.
翟雪玲，女，現任職與安科瑞電氣股份有限公司。
