新能源光储充一体化电站：环保驱动下的建设关键与增效策略

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摘要：为深挖新能源光储充一体化电站建设的关键要素，攻克现存建设难题，助力新能源领域蓬勃发展，本文对该类电站建设展开深入探究。经剖析环保与可持续发展、能源利用效率、产业升级及经济效益等维度，凸显其建设的现实价值；聚焦光伏电池出力、负荷特性、储能系统、充电桩设备与耦合技术等核心要点；并凭借保障充电有序性、优化滤波器设计、协同调度充放电储能等策略，给出可行建设路径。

关键词：新能源；光储充一体化电站；充电桩；耦合技术

0引言

全球能源危机与环境问题交织，新能源开发利用渐成各界瞩目的焦点。光储充一体化电站整合光伏发电、储能、充电功能，构成综合能源系统，既提升能源利用效率，又驱动新能源产业进阶，对其开展研究意义深远。

1新能源光储充一体化电站建设的现实意义

1.1符合环保与可持续发展要求

电站借助太阳能、风能等可再生能源赋能新能源汽车充电，削减碳排放，契合全球绿色、低碳、可持续发展浪潮，助力应对气候变化与环境恶化挑战。

1.2有效提高能源利用效率

光储一体化电站统筹能源管理与调度，依实时需求、电价智能调配，削减能源成本，强化利用效率。储能系统缓冲可再生能源间歇性、波动性，稳固电力于发电、电网、用户侧运行。

1.3推动新能源产业升级

建设光储充一体化电站是产业升级关键驱力。伴随可再生能源、储能技术迅猛发展，其未来将发挥更大效能，为新能源产业高质量发展筑牢根基。

1.4提高经济效益

虽建设成本不菲，但电站高效、节能、环保特质吸引稳定用户群，使用频次高。建设运营成本可控，高效充电服务保障收益稳定。此外，还可为地方旅游、商业活动添彩，拓展盈利空间。

2新能源光储充一体化电站建设的核心要素

电站利用时长受设计、设备选型、建设调度、运维等多元因素左右。如某5MW光储系统年均设计利用时长3000h，实测达3329.4h；10MW光储系统设计值2500h，实测为2710.3h，足见运行效率契合预期。

2.1光伏电池出力

光伏电池作为太阳能转电能核心部件，出力水平关联电站发电效率与运行稳定性。单晶硅、多晶硅、非晶硅、薄膜电池各具特性，单晶硅转换效率、稳定性优但成本高；多晶硅具成本优势且性能良好；非晶硅与薄膜电池灵活性强、应用广泛。

提升出力效率与稳定性上，学界业界从优化电池结构、强化材料性能、改良生产工艺切入。像优化抗反射涂层、电极结构减光损、提电流收集效率；调控材料晶体结构、掺杂工艺升光电转换率。

实操中，光伏电池受温度、光照、阴影遮挡等干扰，出力波动。为此，开发智能算法与预测模型，实现精准控制与预测，增进电站运行效率与稳定性。2023年实证显示，不同技术类型光伏电池出力有别，TOPCon比PERC发电量高2.87%，IBC比PERC高1.71%。且不同厂家PERC182mm组件发电量存偏差，最大达1.63%，凸显技术选型外，生产工艺与组件匹配亦关键。

2.2负荷特性

负荷特性涵盖电站电力需求、波动、峰谷时段等，核心数据参数如下：

负荷峰值与谷值：日或特定时段最大、最小电力负荷，如某电站峰值10MW、谷值2MW。

负荷波动率：反映负荷随时间变动程度，某电站约10% - 20%，日内起伏明显。

峰谷差：峰值与谷值差值，体现负荷波动幅度，某电站达8MW。

负荷率：实际与额定负荷比，反映设备利用状况，某电站70% - 90%。

负荷曲线：直观呈现负荷时间变化，助析日、周、季变化规律。

负荷特性系数：刻画负荷功率因数、不平衡度等属性，助精准剖析。

充电与放电负荷：充电负荷关联充电站规模与功率，放电负荷关乎储能支撑电网调节。

需留意，这些参数因电站配置、地理、气候、用户习惯而异，建设时要依实情详析预测，指导设计、配置与运营，且随技术迭代、市场变迁，参数亦动态更新。

2.3储能系统

储能系统在电站中，作用于平滑电力输出、削峰填谷、强化供电可靠性、优化能源配置。以某10MW光储充电站为例：

能量容量：达5MW·h，可储备足量电能应对高峰、突发状况。

功率容量：为10MW，能短时快速充放电，响应电网调度、平衡负荷。

循环寿命：超5000次，全充放循环下确保长期稳定运行。

效率：充放电能量转化超90%，能量损失小，性能优越。

响应时间：小于1s，电网波动时迅疾响应，稳供电力。

2.4充电桩设备

充电桩专为电动汽车等充电设计，含电源、电池、插座，可将电能转存至车辆电池。依充电方式与功能，分以下类型：

慢速充电桩：借标准插座，功率约1.4kW，适住宅区、商场等长时间停放处，充电久，常需数小时。

快速充电桩：多布于公共场所，功率7 - 22kW。

直流快充桩：高功率超50kW，短时可充满电。

特快充电桩：新一代高功率超150kW，充电极快。

2.5耦合技术

耦合技术分交流、直流耦合。交流耦合下，光伏、储能系统可独立或组网脱离电网成微网，连接灵活、增减设备便捷，适配光伏存量与新增市场；直流耦合里，光伏组件、光储一体机、电池串行，设备增减复杂、灵活性欠佳，多用于光伏新增项目，依用户负载、用电量定制。

3新能源光储充一体化电站建设的有效策略

3.1保证充电的有序性

于光储充电站，充电有序是系统稳运基石。可选策略：严订充电计划规范，依规充电；装智能设备监控充电，防过充过放；定期维保检查设备，保正常运转。

3.2优化滤波器设计

滤波器削减电网谐波与干扰，优化之策：依实情选适配类型、规格；定期巡检维护，保运行正常；遇滤波不佳，速调优设计。

3.3协同调度充放电储能

协同调度储能充放电，可提能源利用效率、强系统稳定性。策略有：合理拟定充放电策略与调度方案，依系统需求、能源状况优化；搭建通信协调机制，共享信息、协同运行；借智能控制，实现自动调度与优化。

4 Acrel-2000MG充电站微电网能量管理系统

4.1平台概述

Acrel - 2000MG系统依新型电力系统微电网监控与能量管理需求研制，纳光伏、风电、储能、充电站接入，集数据采集分析、运行状态监控、能量管理于一体，以经济优化运行为旨，促可再生能源利用，稳电网运行，补负荷波动，平昼夜峰谷，提设备效率，降供电成本，为企业微电网管理供全新方案。

系统采分层分布式结构，分设备、网络通信、站控三层，站级通信依标准以太网及TCP/IP协议，媒介多元，支持多类通信规约。

4.2平台适用场合

适用于城市、高速、园区、工商区、居民区、智能建筑、海岛、无电区可再生能源系统监控与能量管理。

4.3系统架构

本平台采用分层分布式结构进行设计，即站控层、网络层和设备层，详细拓扑结构如下：

图1典型微电网能量管理系统组网方式

5充电站微电网能量管理系统解决方案

5.1实时监测

系统界面友好，以电气图呈各回路运行态，监测光伏、风电、储能、充电站电参数（电压、电流、功率等）、状态参数（开关、故障等），助管理人员掌控发电、储能、充电信息。

图1系统主界面

子界面主要包括系统主接线图、光伏信息、风电信息、储能信息、充电站信息、通讯状况及一些统计列表等。

5.1.1光伏界面

 

图2光伏系统界面

展示逆变器、电站发电量等数据，含辐照度等监测与功率效率分析

5.1.2储能界面

图3储能系统界面

本界面主要用来展示本系统的储能装机容量、储能当前充放电量、收益、SOC变化曲线以及电量变化曲线。

图4储能系统PCS参数设置界面

本界面主要用来展示对PCS的参数进行设置，包括开关机、运行模式、功率设定以及电压、电流的限值。

图5储能系统BMS参数设置界面

本界面用来展示对BMS的参数进行设置，主要包括电芯电压、温度保护限值、电池组电压、电流、温度限值等。

图6储能系统PCS电网侧数据界面

本界面用来展示对PCS电网侧数据，主要包括相电压、电流、功率、频率、功率因数等。

图7储能系统PCS交流侧数据界面

本界面用来展示对PCS交流侧数据，主要包括相电压、电流、功率、频率、功率因数、温度值等。同时针对交流侧的异常信息进行告警。

图8储能系统PCS直流侧数据界面

本界面用来展示对PCS直流侧数据，主要包括电压、电流、功率、电量等。同时针对直流侧的异常信息进行告警。

图9储能系统PCS状态界面

本界面用来展示对PCS状态信息，主要包括通讯状态、运行状态、STS运行状态及STS故障告警等。

图10储能电池状态界面

本界面用来展示对BMS状态信息，主要包括储能电池的运行状态、系统信息、数据信息以及告警信息等，同时展示当前储能电池的SOC信息。

图11储能电池簇运行数据界面

本界面用来展示对电池簇信息，主要包括储能各模组的电芯电压与温度，并展示当前电芯的电压、温度值及所对应的位置。

5.1.3风电界面

 

图12风电系统界面

本界面用来展示对风电系统信息，主要包括逆变控制一体机直流侧、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、电站发电量年有效利用小时数统计、发电收益统计、碳减排统计、风速/风力/环境温湿度监测、发电功率模拟及效率分析；同时对系统的总功率、电压电流及各个逆变器的运行数据进行展示。

5.1.4充电站界面

 

图13充电站界面

本界面用来展示对充电站系统信息，主要包括充电站用电总功率、交直流充电站的功率、电量、电量费用，变化曲线、各个充电站的运行数据等。

5.1.5视频监控界面

图14微电网视频监控界面

本界面主要展示系统所接入的视频画面，且通过不同的配置，实现预览、回放、管理与控制等。

5.1.6发电预测

系统应可以通过历史发电数据、实测数据、未来天气预测数据，对分布式发电进行短期、超短期发电功率预测，并展示合格率及误差分析。根据功率预测可进行人工输入或者自动生成发电计划，便于用户对该系统新能源发电的集中管控。

图15光伏预测界面

5.1.7策略配置

系统应可以根据发电数据、储能系统容量、负荷需求及分时电价信息，进行系统运行模式的设置及不同控制策略配置。如削峰填谷、周期计划、需量控制、防逆流、有序充电、动态扩容等。

具体策略根据项目实际情况（如储能柜数量、负载功率、光伏系统能力等）进行接口适配和策略调整，同时支持定制化需求。

 

图16策略配置界面

5.1.8运行报表

应能查询各子系统、回路或设备*时间的运行参数，报表中显示电参量信息应包括：各相电流、三相电压、总功率因数、总有功功率、总无功功率、正向有功电能、尖峰平谷时段电量等。

图17运行报表

5.1.9实时报警

应具有实时报警功能，系统能够对各子系统中的逆变器、双向变流器的启动和关闭等遥信变位，及设备内部的保护动作或事故跳闸时应能发出告警，应能实时显示告警事件或跳闸事件，包括保护事件名称、保护动作时刻；并应能以弹窗、声音、短信和电话等形式通知相关人员。

图18实时告警

5.1.10历史事件查询

应能够对遥信变位，保护动作、事故跳闸，以及电压、电流、功率、功率因数、电芯温度（锂离子电池）、压力（液流电池）、光照、风速、气压越限等事件记录进行存储和管理，方便用户对系统事件和报警进行历史追溯，查询统计、事故分析。

图19历史事件查询

5.1.11电能质量监测

应可以对整个微电网系统的电能质量包括稳态状态和暂态状态进行持续监测，使管理人员实时掌握供电系统电能质量情况，以便及时发现和消除供电不稳定因素。

1）在供电系统主界面上应能实时显示各电能质量监测点的监测装置通信状态、各监测点的A/B/C相电压总畸变率、三相电压不平衡度*和正序/负序/零序电压值、三相电流不平衡度*和正序/负序/零序电流值；

2）谐波分析功能：系统应能实时显示A/B/C三相电压总谐波畸变率、A/B/C三相电流总谐波畸变率、奇次谐波电压总畸变率、奇次谐波电流总畸变率、偶次谐波电压总畸变率、偶次谐波电流总畸变率；应能以柱状图展示2-63次谐波电压含有率、2-63次谐波电压含有率、0.5～63.5次间谐波电压含有率、0.5～63.5次间谐波电流含有率；

3）电压波动与闪变：系统应能显示A/B/C三相电压波动值、A/B/C三相电压短闪变值、A/B/C三相电压长闪变值；应能提供A/B/C三相电压波动曲线、短闪变曲线和长闪变曲线；应能显示电压偏差与频率偏差；

4）功率与电能计量：系统应能显示A/B/C三相有功功率、无功功率和视在功率；应能显示三相总有功功率、总无功功率、总视在功率和总功率因素；应能提供有功负荷曲线，包括日有功负荷曲线（折线型）和年有功负荷曲线（折线型）；

5）电压暂态监测：在电能质量暂态事件如电压暂升、电压暂降、短时中断发生时，系统应能产生告警，事件能以弹窗、闪烁、声音、短信、电话等形式通知相关人员；系统应能查看相应暂态事件发生前后的波形。

6）电能质量数据统计：系统应能显示1min统计整2h存储的统计数据，包括均值、*值、*值、95%概率值、方均根值。

7）事件记录查看功能：事件记录应包含事件名称、状态（动作或返回）、波形号、越限值、故障持续时间、事件发生的时间。

图20微电网系统电能质量界面

5.1.12遥控功能

应可以对整个微电网系统范围内的设备进行远程遥控操作。系统维护人员可以通过管理系统的主界面完成遥控操作，并遵循遥控预置、遥控返校、遥控执行的操作顺序，可以及时执行调度系统或站内相应的操作命令。

图21遥控功能

5.1.13曲线查询

应可在曲线查询界面，可以直接查看各电参量曲线，包括三相电流、三相电压、有功功率、无功功率、功率因数、SOC、SOH、充放电量变化等曲线。

图22曲线查询

5.1.14统计报表

具备定时抄表汇总统计功能，用户可以自由查询自系统正常运行以来任意时间段内各配电节点的发电、用电、充放电情况，即该节点进线用电量与各分支回路消耗电量的统计分析报表。对微电网与外部系统间电能量交换进行统计分析；对系统运行的节能、收益等分析；具备对微电网供电可靠性分析，包括年停电时间、年停电次数等分析；具备对并网型微电网的并网点进行电能质量分析。

图23统计报表

5.1.15网络拓扑图

系统支持实时监视接入系统的各设备的通信状态，能够完整的显示整个系统网络结构；可在线诊断设备通信状态，发生网络异常时能自动在界面上显示故障设备或元件及其故障部位。

图24微电网系统拓扑界面

本界面主要展示微电网系统拓扑，包括系统的组成内容、电网连接方式、断路器、表计等信息。

5.1.16通信管理

可以对整个微电网系统范围内的设备通信情况进行管理、控制、数据的实时监测。系统维护人员可以通过管理系统的主程序右键打开通信管理程序，然后选择通信控制启动所有端口或某个端口，快速查看某设备的通信和数据情况。通信应支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信规约。

图25通信管理

5.1.17用户权限管理

应具备设置用户权限管理功能。通过用户权限管理能够防止未经授权的操作（如遥控操作，运行参数修改等）。可以定义不同级别用户的登录名、密码及操作权限，为系统运行、维护、管理提供可靠的安全保障。

图26用户权限

5.1.18故障录波

应可以在系统发生故障时，自动准确地记录故障前、后过程的各相关电气量的变化情况，通过对这些电气量的分析、比较，对分析处理事故、判断保护是否正确动作、提高电力系统安全运行水平有着重要作用。其中故障录波共可记录16条，每条录波可触发6段录波，每次录波可记录故障前8个周波、故障后4个周波波形，总录波时间共计46s。每个采样点录波至少包含12个模拟量、10个开关量波形。

图27故障录波

5.1.19事故追忆

可以自动记录事故时刻前后一段时间的所有实时扫描数据，包括开关位置、保护动作状态、遥测量等，形成事故分析的数据基础。

用户可自定义事故追忆的启动事件，当每个事件发生时，存储事故前10个扫描周期及事故后10个扫描周期的有关点数据。启动事件和监视的数据点可由用户随意修改。

5.2硬件及其配套产品

 

序号	设备	型号	图片	说明
1	能量管理系统	Acrel-2000MG

	内部设备的数据采集与监控，由通信管理机、工业平板电脑、串口服务器、遥信模块及相关通信辅件组成。 数据采集、上传及转发至服务器及协同控制装置 策略控制:计划曲线、需量控制、削峰填谷、备用电源等
2	显示器	25.1英寸液晶显示器

	系统软件显示载体
3	UPS电源	UPS2000-A-2-KTTS

	为监控主机提供后备电源
4	打印机	HP108AA4

	用以打印操作记录，参数修改记录、参数越限、复限，系统事故，设备故障，保护运行等记录，以召唤打印为主要方式
5	音箱	R19U

	播放报警事件信息
6	工业网络交换机	D-LINKDES-1016A16		提供16口百兆工业网络交换机解决了通信实时性、网络安全性、本质安全与安全防爆技术等技术问题
7	GPS时钟	ATS1200GB		利用gps同步卫星信号，接收1pps和串口时间信息，将本地的时钟和gps卫星上面的时间进行同步
8	交流计量电表	AMC96L-E4/KC

	电力参数测量(如单相或者三相的电流、电压、有功功率、无功功率、视在功率,频率、功率因数等)、复费率电能计量、 四象限电能计量、谐波分析以及电能监测和考核管理。多种外围接口功能:带有RS485/MODBUS-RTU协议:带开关量输入和继电器输出可实现断路器开关的"遜信“和“遥控”的功能
9	直流计量电表	PZ96L-DE		可测量直流系统中的电压、电流、功率、正向与反向电能。可带RS485通讯接口、模拟量数据转换、开关量输入/输出等功能
10	电能质量监测	APView500		实时监测电压偏差、频率俯差、三相电压不平衡、电压波动和闪变、诺波等电能质量，记录各类电能质量事件,定位扰动源。
11	防孤岛装置	AM5SE-IS

	防孤岛保护装置，当外部电网停电后断开和电网连接
12	箱变测控装置	AM6-PWC		置针对光伏、风能、储能升压变不同要求研发的集保护，测控，通讯一体化装置，具备保护、通信管理机功能、环网交换机功能的测控装置
13	通信管理机	ANet-2E851

	能够根据不同的采集规的进行水表、气表、电表、微机保护等设备终端的数据果集汇总: 提供规约转换、透明转发、数据加密压缩、数据转换、边缘计算等多项功能:实时多任务并行处理数据采集和数据转发，可多路上送平台据:
14	串口服务器	Aport

	功能:转换“辅助系统"的状态数据，反馈到能量管理系统中。 1)空调的开关，调温，及完全断电(二次开关实现) 2)上传配电柜各个空开信号 3)上传UPS内部电量信息等 4)接入电表、BSMU等设备
15	遥信模块	ARTU-K16

1)反馈各个设备状态，将相关数据到串口服务器: 读消防VO信号，并转发给到上层(关机、事件上报等) 2)采集水浸传感器信息，并转发3)给到上层(水浸信号事件上报) 4)读取门禁程传感器信息，并转发

 

6结束语

光储充一体化电站建设对环保与可持续发展举足轻重。借优化设计、协同调度，可提能源利用效率、经济效益，推产业升级。后续研究当深挖技术创新与应用模式，贴合能源市场动态。本文综合分析、实验研究，为新能源领域发展献智赋能。

【参考文献】

[1]莫醉.新能源光储充一体化电站建设研究.

[2]曾轩.风/光/储新能源系统用电缆选型概述[J].光纤与电缆及其应用技术,2024(1):22-26.

[3]李欣璇,张钟平,王世朋,等.园区级光储充一体化系统核心的技术研究[J].节能,2023(12):46-48.

[4]安科瑞高校综合能效解决方案2022.5版.

[5]安科瑞企业微电网设计与应用手册2022.05版.

审核编辑 黄宇