【项目案例】STS/ATS协同20ms无缝切换：一套系统实现并网降本、离网保供

摘要

随着工商业用户对供电连续性、用能经济性和系统安全性的要求不断提高，具备多能源协同能力的光储柴一体化系统正成为高可靠供电场景的重要技术路线。

本文围绕 Acrel-2000ES 能量管理系统在光储柴系统中的应用，提出一套融合 STS/ATS 协同切换、并离网一体化控制的综合解决方案，实现“并网降本增效、离网稳定保供、故障快速切换”的运行目标。

工程应用表明，该方案能够提升新能源消纳能力与系统运行稳定性，降低综合用能成本，兼顾可靠性与经济性，适用于园区、制造业及弱电网等多类用能场景，具备良好的工程推广价值。

一、概述

在全球能源结构转型与电力需求持续增长的背景下，工商业及弱电网场景对供电连续性的依赖不断增强，市电波动、短时停电或限电等问题会直接影响生产节拍与关键负荷安全；

同时，柴油发电作为应急手段普遍存在运行成本高、维护工作量大等问题，推动用户向“光伏 + 储能 + 柴发”的多能互补形态升级。

光储柴一体化系统虽具备较好的应用前景，但在配有 STS（静态转换开关）/ATS（自动转换开关） 的复杂供电拓扑下，仍普遍面临以下痛点与挑战：

主备电源切换与运行工况耦合复杂

市电、柴发、光储侧能量流相互影响，若仅依赖人工经验或分散控制，容易出现切换时机不当、工况判断滞后等问题，影响供电连续性与设备安全。

并离网运行模式协同难度大

STS 侧并离网状态变化快，系统需要在并网与离网工况下保持控制策略一致性与执行可靠性；若控制链路不清晰，易出现功率分配不合理、柴发启停与储能放电节奏不匹配等情况。

多能源经济性难以兼顾

在并网阶段若缺乏统一能量管理，柴发可能长时间低效运行或频繁启停；离网阶段若光、储、柴协同不足，则柴油占比偏高、整体用能成本难以下降。

多机并联协同与通信可靠性要求高

多台光储柴单元并联运行时，对实时数据一致性、主机与从机协同策略及异常工况下的容错能力要求更高；若通信或策略不完善，可能出现功率分配偏差、SOC 分化、单机异常影响整体运行等风险。

统一监控与运维能力不足

光伏、储能、PCS、柴发及 STS/ATS 状态分散在不同子系统，若缺少集中监视、告警联动与策略闭环，现场排障效率低，难以及时定位切换异常、柴发未按预期投入、储能支撑不足等关键问题。

二、项目情况

该光储柴系统为直流耦合架构，系统原理图如图1所示，光伏经DC/DC接入直流母线，储能经高压箱接入直流母线，直流侧统一经过PCS逆变后接入交流母线。

交流侧接有STS实现并网/离网工况切换，依托静态切换开关的高速切换能力，系统可实现20ms内无缝切换，有效降低切换工程中对关键负荷的电压扰动与供电中断风险，保障连续稳定供电。

现需求通过一套能量管理系统，对光伏、储能、PCS、柴发及关键切换设备状态进行统一监视与协调控制，并可接入柜体动环相关信号（如消防、温湿度与通风散热等），实现运行状态联动与告警管理。

项目控制目标为：并网时按“光伏优先、市电补充、储能调节”运行，结合公共连接点功率监测控制并网边界，提升新能源消纳并降低用电成本；离网时按“光伏优先、储能支撑、柴发兜底”保障连续供电，当储能SOC低于阈值时自动启停柴发，维持系统稳定。系统支持多机并联，由能量管理系统统一调度。

图1光储柴一体机系统原理图

图2 光储一体机与STS/ATS柜实物图

三、解决方案

为了实现客户需求，光储柴一体机柜内配置Acrel-2000ES储能能量管理系统，该系统具有完善的储能监控与管理功能，涵盖了光伏、柴发、STS/ATS柜、储能系统设备(PCS、BMS、电表、消防、空调等)的详细信息，实现了数据采集、数据处理、数据存储、数据查询与分析、可视化监控、报警管理、统计报表等功能。

在高级应用上支持能量调度，具备计划曲线、光储柴协同控制、并离网切换、备用电源等控制功能。系统对电池组性能进行实时监测及历史数据分析、根据分析结果采用智能化的分配策略对电池组进行充放电控制，优化了电池性能，提高电池寿命。同时，采用通讯管理机实现数据上传光储云平台，便于运营商在云平台进行多站点的管理。

图3安科瑞光储柴一体化系统（STS/ATS）解决方案

图4系统组网架构图

由于工商业场景对供电连续性和切换可靠性要求较高，在市电波动或异常工况下，需重点保障并离网平滑过渡与关键负荷不间断供电。为应对“光储+柴发+STS/ATS”协同运行中可能出现的风险，能量管理系统持续优化并完善了以下关键功能：

SOC主动均衡

在多机协同运行过程中，通过动态分配策略调节各机组充放电状态，保持SOC处于合理区间，降低SOC分化带来的运行偏差，提升系统整体稳定性。

并离网快速切换

依托STS快速切换能力并结合控制逻辑优化，实现并离网模式平滑转换，切换时间可控制在20ms内，显著提升关键负荷供电连续性。

STS/ATS协同保供

通过STS与ATS联动控制，在市电异常时快速完成供电路径切换，实现主备电源有序接续，保障系统在复杂工况下稳定运行。

故障自主隔离与保护

当系统中设备出现通信中断或运行异常时，自动触发保护机制，对异常单元进行快速隔离，降低单点故障对整体系统的影响。

统一监视与运维支撑

系统对光伏、储能、PCS、柴发及关键切换设备进行集中监视与告警管理，支持运行追踪与故障定位，提升现场运维效率与系统可用性。

图5 现场设备图

四、方案效果

项目主机界面如图6所示，通过Acrel-2000ES储能能量管理系统可对光伏、储能、PCS、柴发及STS/ATS关键设备进行统一监视与集中管理，自动完成光储柴系统的协同控制。

在监测到市电正常时，系统进入并网运行状态，优先利用光伏出力供给负荷，储能按策略参与调节并保持合理SOC区间；当储能达到设定目标后，系统以稳定控制方式维持备电能力，同时约束并网侧功率边界，降低反送电风险。

在监测到市电异常或中断时，系统通过 STS 快速完成并离网切换，可实现 20ms内无缝切换，保障关键负荷连续供电。切换后由光伏与储能优先支撑负荷，并实时监测SOC与负载变化；当SOC降至柴发启动阈值时，系统自动启动柴发，并由 ATS 完成主备电源切换，随后按负荷与SOC状态协调柴发和储能出力，避免储能过放。如图9所示：运行过程中设置启停回差，减少柴发频繁启停；当市电恢复且SOC回升至设定区间后，系统按顺序退出柴发并恢复正常运行。

图6 光储柴能量管理系统主界面图

图7 储能PCS功率变化曲线图

图8 光储柴能量管理系统光伏界面图

图9 光储柴能量管理系统策略界面图

五、结语

光储柴一体化系统通过配置 Acrel-2000ES 储能能量管理系统，可实现光伏、储能、柴发及 STS/ATS 的统一监视与协同控制，不仅能够提高新能源消纳水平，还可在电网波动或中断场景下实现并离网平滑切换（可达20ms内无缝切换），显著提升关键负荷供电连续性与系统可靠性。

与此同时，依托多能源互补与智能调度，系统可在保障供电安全的前提下降低柴油依赖和综合用能成本，提升整体运行经济性。该方案具备良好的工程适配性与推广价值，适用于园区、制造业及各类对供电可靠性要求较高的工商业场景，也可应用于弱电网、离网及供电条件复杂地区。

审核编辑 黄宇