新能源光储充一体化电站如何实现能源的高效利用

新能源光储充一体化电站通过光伏发电、储能系统和充电设施的有机结合，实现了能源的高效利用。

一、光伏发电系统

光伏发电系统是新能源光储充一体化电站的重要组成部分，主要由太阳能光伏板、逆变器等组件构成。其核心功能是将太阳能转化为电能，供本地负载使用。

发电原理：光伏板利用太阳光辐射，通过光电效应将光能转化为直流电能。多块光伏板串联或并联形成光伏阵列，进一步提高发电输出。直流电经过逆变器转换为交流电，供当地负载使用或输送到电网。

优化配置：通过优化光伏阵列的设计和安装角度，可以最大限度地接收太阳辐射，提高发电效率。例如，根据不同地区的纬度和季节变化，调整光伏板的倾斜角度，使其始终面向最佳日照方向。

中长期交易：光伏电站可以通过参与中长期电力交易锁定未来电价，规避市场价格波动风险。这样不仅能稳定收入，还能增强投资吸引力。

二、储能系统

储能系统在新能源光储充一体化电站中起着调节电力供需、保障电网稳定的重要作用。其核心组件包括储能电池（如锂电池）和相应的变流器。

储能原理：白天或电力富余时，储能系统将多余电能存储起来，在夜晚或电力短缺时释放。储能电池通过变流器将直流电转换为交流电，反向操作亦然。

频率调节：储能系统参与电网的频率调节服务，通过快速调整输出功率维持电网频率稳定。例如，在用电高峰时段，储能系统迅速放电填补电力缺口，而在低谷时段充电存储多余电能，起到“削峰填谷”的作用。

敏感性分析：通过对储能系统不同功率和储能持续时间进行敏感性分析，可以确定优化配置。例如，某研究表明，储能系统的最佳配置为30.8 MW的功率和4.521小时的最大连续储能时间，每日平均收入可达23.62万元。

三、充电系统

充电系统主要用于电动汽车的充电管理，通过智能调度实现高效、低成本的充电服务。

充电策略：充电系统优先使用光伏发电为电动汽车充电，不足部分由储能系统补充。在电价较低或光伏发电丰富时段，通过优化充电策略，可以降低充电成本，提高清洁能源利用率。

有序充电：通过有序充电策略，充电系统可以根据电网负荷和光伏发电情况进行动态调整，避免负荷过重导致电网压力过大。例如，某研究提出的基于鼠群优化算法的双层多目标有序充电策略，能够在光伏充分消纳的前提下，兼顾用户侧和电网侧的利益，实现负荷“削峰填谷”，降低峰谷差，同时减少充电费用。

极快充电：针对电动汽车极快充电需求，通过配置合适的储能系统和光伏面板，可以满足短时间内高功率充电需求，同时减轻对电网的瞬时冲击。优化设计后的极快充电站点不仅能满足充电需求，还能提升整体电网性能，降低年度总成本。

四、控制系统

控制系统是一体化电站的核心大脑，负责协调光伏、储能和充电系统的协同运作，确保整体系统的高效运转。

智能调度：控制系统通过实时监测和分析，根据天气状况、电价变动和新能源车充电状态等因素，智能调整光伏、储能和充电系统的运行策略。例如，通过微电网管理模式，实现光伏发电、储能和充电负荷的优化调度，显著降低变压器容量需求。

微网模式：在电网断开或局部运行情况下，控制系统切换至微网模式，继续供电并保证关键负荷的正常运行。例如，通过改进的平滑切换控制策略，微电网可以在并网和孤岛模式之间无缝切换，确保不间断供电和系统稳定性。

数据管理和优化：利用大数据和人工智能技术，控制系统对电站运行数据进行深度分析，不断优化运行策略，提高效率和经济性。例如，通过实时监控和远程调整，实现精细化和数字化管理，提升整体系统的智能化水平。

五、安科瑞Acrel-2000MG微电网能量管理系统

Acrel-2000MG微电网能量管理系统能 够对微电网的源、网、荷、储能系统、充 电负荷进行实时监控、诊断告警、全景 分析、有序管理和高级控制 ，满足微电 网运行监视全面化、安全分析智能化、调 整控制前瞻化、全景分析动态化的需求， 完成不同目标下光储充资源之间的灵活 互动与经济优化运行，实现能源效益、经济效益和环境效益。

1. 主要功能：

> 实时监测；

> 能耗分析；

> 智能预测；

> 协调控制；

> 经济调度；

> 需求响应。

2. 系统特点：

> 平滑功率输出，提升绿电使用率；

> 削峰填谷、谷电利用，提高经济性；

> 降低充电设备对局部电网的冲击；

> 降低站内配电变压器容量；

> 实现源荷最高匹配效能。

3. 相关控制策略：

序号	系统组成	运行模式	控制逻辑
1	市电+负荷+储能	峰谷套利	根据分时电价，设置晚上低价时段充电、白天高价时段放电，根据峰谷价差进行套利
2		需量控制	根据变压器的容量设定值，判断储能的充放电，使得变压器容量保持在设定容量值以下，降低需量电费
3		动态扩容	对于出现大功率的设备，且持续时间比较短时，可以通过控制储能放电进行补充该部分的功率需求，
4		需求响应	根据电网调度的需求，在电网出现用电高峰时进行放电、在电网出现用电低谷时进行充电；
5		平抑波动	根据负荷的用电功率变化，进行充放电的控制，如功率变化率大于某个设定值，进行放电，主要用于降低电网冲击
6		备用	当电网出现故障时，启动储能系统，对重要负荷进行供电，保证生产用电
7	市电+负荷+光伏	自发自用、余电上网	光伏发电优先供自己负荷使用，多余的电进行上网，不足的由市电补充
8		自发自用	主要针对光伏多发时，存在一个防逆流控制，调节光伏逆变器的功率输出，让变压器的输出功率接近为0
9	市电+负荷+光伏+储能	自发自用	通过设置PCC点的功率值，系统控制PCC点功率稳定在设置值。在这种状态下，系统处于自发自用的状态下，即： 1）当分布式电源输出功率大于负载功率时，不能被负载消耗时，增加负载或储能系统充电。 2）当分布式电源输出功率小于负载功率时，不够负载消耗时，减少负载（或者调节充电功率）或者储能系统对负载放电。
10		削峰填谷	1）根据用户用电规律，设置峰值和谷值，当电网功率大于峰值时，储能系统放电，以此来降低负荷高峰；当电网功率小于谷值时，储能系统充电，以此来填补负荷低谷，使发电、用电趋于平衡。 2)根据分布式电源发电规律，设置峰值和谷值，当电网功率大于峰值时，储能系统充电，以此来降低发电高峰；当电网功率小于谷值时，储能系统放电，以此来填补发电低谷，使发电、用电趋于平衡。
11		需量控制	在光伏系统*大化出力的情况下，如果负荷功率仍然超过设置的需量功率，则控制储能系统出力，平抑超出需量部分的功率，增加系统的经济性。
12		动态扩容	对于出现高负荷时，优先利用光储系统对负荷进行供电，保证变压器不超载
13		需求响应	根据电网调度的需求，在电网出现用电高峰时进行放电或者充电桩降功率或停止充电、在电网出现用电低谷时进行充电或者充电充电；
14		有序充电	在变压器容量范围内进行充电，如果充电功率接近变压容量限值，优先控制光伏*大功率输出或储能进行放电，如果光储仍不满足充电需求，则进行降功率运行，直至切除部分充电桩（改变充电行为），对于充电桩的切除按照后充先切，先来后切的方式进行有序的充电。（有些是以充电时间与充电功率为控制变量，以充电费用或者峰谷差*小为目标）
15		经济优化调度	对发电用进行预测，结合分时电价，以用电成本*少为目标进行策略制定
16		平抑波动	根据负荷的用电功率变化，进行充放电的控制，如功率变化率大于某个设定值，进行放电，主要用于降低电网冲击
17		力调控制	跟踪关口功率因数，控制储能PCS连续调节无功功率输出
18		电池维护策略	定期对电池进行一次100%DOD深充深放循环；通过系统下发指令，更改BMS的充满和放空保护限值，以满足100%DOD充放，系统按照正常调度策略运行
19		热管理策略	基于电池的*高温度，控制多台空调的启停

4. 核心功能：

◆ 多种协议

支持多种规约协议 ， 包括： Modbus TCP/RTU、 DL/T645-07/97、 IEC60870-5- 101/103/104、 MQTT、 CDT、第三方协议定制等。

◆ 多种通讯方式

支持多种通信方式： 串口、 网口、 WIFI、 4G。

◆ 通信管理

提供通信通道配置、 通信参数设定、 通信运行监视和管理等。 提供规约调试的工具 ， 可监视收发原码、 报文解析、通道状态等。

◆ 智能策略

系统支持自定义控制策略 ， 如削峰填谷、 需量控制、 动态扩容、 后备电源、 平抑波动、 有序充电、 逆功率保护等策略 ，保障用户的经济性与安全性。

◆ 全量监控

覆盖传统EMS盲区 ， 可接入多种协议和不同厂家设备实现统一监制 ，实现环境、 安防、 消防、 视频监控、 电能质量、计量、 继电保护等多系统和设备的全量接入。

5. 系统功能

系统主界面，包含微电网光伏、风电、储能、充电桩及总体负荷情况，体现系统主接线图、光伏信息、风电信息、储能信息、充电桩信息、告警信息、收益、环境等。

储能监控

系统综合数据：电参量数据、充放电量数据、节能减排数据；

运行模式：峰谷模式、计划曲线、需量控制等；

统计电量、收益等数据；

储能系统功率曲线、充放电量对比图，实时掌握储能系统的整体运行水平。

光伏监控

光伏系统总出力情况

逆变器直流侧、交流侧运行状态监测及报警

逆变器及电站发电量统计及分析

并网柜电力监测及发电量统计

电站发电量年有效利用小时数统计，识别低效发电电站；

发电收益统计(补贴收益、并网收益)

辐照度/风力/环境温湿度监测

并网电能质量监测及分析

光伏预测

以海量发电和环境数据为根源，以高精度数值气象预报为基础，采用多维度同构异质BP、LSTM神经网络光功率预测方法。

时间分辨率：15min

超短期未来4h预测精度＞90%

短期未来72h预测精度＞80%

短期光伏功率预测

超短期光伏功率预测

数值天气预报管理

误差统计计算

实时数据管理

历史数据管理

光伏功率预测数据人机界面

风电监控

风力发电系统总出力情况

逆变器直流侧、交流侧运行状态监测及报警

逆变器及电站发电量统计及分析

并网柜电力监测及发电量统计

电站发电量年有效利用小时数统计，识别低效发电电站；

发电收益统计(补贴收益、并网收益)

风力/风速/气压/环境温湿度监测

并网电能质量监测及分析

充电桩系统

实时监测充电系统的充电电压、电流、功率及各充电桩运行状态；

统计各充电桩充电量、电费等；

针对异常信息进行故障告警；

根据用电负荷柔性调节充电功率。

电能质量

对整个系统范围内的电能质量和电能可靠性状况进行持续性的监测。如电压谐波、电压闪变、电压不平衡等稳态数据和电压暂升/暂降、电压中断暂态数据进行监测分析及录波展示，并对电压、电流瞬变进行监测。

6. 配套产品

7.案例分享-江阴风光储充微电网系统

六、结论

新能源光储充一体化电站通过光伏发电、储能系统和充电设施的有机结合，实现了能源的高效利用。通过智能调度和优化控制，光储充一体化系统不仅提高了清洁能源的利用率，还降低了用电成本，提升了电网的稳定性，展现出广阔的发展前景。

审核编辑 黄宇