摘要：隨著“雙碳"目標(biāo)的提出，光伏發(fā)電已經(jīng)成為了新能源發(fā)電領(lǐng)域重要的發(fā)電方式之一。本文提出了火力發(fā)電廠光儲充一體化發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計方案，對光儲充系統(tǒng)設(shè)計過程進行了分析闡述，在查閱相關(guān)文獻資料后，設(shè)計了可靠、合理的方案，對火力發(fā)電廠發(fā)展光儲充一體化具有參考意義。

關(guān)鍵詞：分布式；光儲充；火電廠；光伏+

0 引言

“光伏+"應(yīng)用場景雖然已經(jīng)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(fā)電的特點，也能滿足利用儲能達(dá)到削峰填谷的作用，還能給新能源汽車（負(fù)荷）即發(fā)即用，越來越收到大眾的廣泛接受。因此，分析光儲存初步設(shè)計，對節(jié)能減排，助力碳中和碳達(dá)峰，是一件非常有意義的事情。

1項目概況

某火力發(fā)電廠光儲充一體化項目位于廣東省內(nèi)，項目由73.5kW光伏發(fā)電系統(tǒng)、100kWh儲能系統(tǒng)、2臺直流充電系統(tǒng)以及后臺監(jiān)控系統(tǒng)組成。

白天，光伏組件的硅電池在陽光的照射下，利用硅半導(dǎo)體的光生伏打效應(yīng)將光能轉(zhuǎn)化為電能，通過單塊組件的串聯(lián)把電壓升高到逆變器的額定電壓，再通過并聯(lián)將電流匯流，使得光伏發(fā)電直流側(cè)電壓和電流達(dá)到光伏發(fā)電系統(tǒng)輸入額定電壓、電流轉(zhuǎn)為交流側(cè)的要求。儲能系統(tǒng)分為直流側(cè)儲能和交流側(cè)儲能，目前應(yīng)用較廣的是交流側(cè)儲能，它們之間的唯*區(qū)別是儲能變流器（PCS）放置直流側(cè)還是交流側(cè)。光伏控制器控制光伏發(fā)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(wěn)定地充電與充放電控*器有關(guān)系。儲能控*器和電池系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)一起將光能轉(zhuǎn)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(tǒng)將發(fā)揮作用，通過PCS將蓄電池的電釋放出來給負(fù)荷使用。在整個儲能系統(tǒng)的充放電中，由能源管理系統(tǒng)（EMS）控制，EMS根據(jù)負(fù)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(tǒng)的兩大核心控制裝置系統(tǒng)。此外，為了以防設(shè)備被雷擊等過電壓損壞設(shè)備，造成*員和設(shè)備的損失，在整個系統(tǒng)中需要設(shè)計完備的過電壓保護和過負(fù)荷等保護，以此來保護整個系統(tǒng)的安全運行。

2光儲充一體化系統(tǒng)設(shè)計過程和思路

本項目的光伏組件安裝在發(fā)電廠內(nèi)的汽車車棚頂，光伏所發(fā)的電優(yōu)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(fā)電系統(tǒng)設(shè)計

光伏組件是太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)*核心部件，在整個光伏發(fā)電系統(tǒng)生命周期中，光伏組件的發(fā)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(yīng)用于商業(yè)性質(zhì)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(zhuǎn)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(zhuǎn)化效率高、產(chǎn)量大、性能穩(wěn)定、使用壽命長、技術(shù)成熟、應(yīng)用范圍廣、并網(wǎng)電站用量多，適合在分布式光伏電站中應(yīng)用。綜合價*、規(guī)模、轉(zhuǎn)化效率等因素，在火力發(fā)電廠光儲充一體化發(fā)電項目中分別選擇發(fā)電效率高、制造技術(shù)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(tǒng)設(shè)計

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(shè)置，它們的電氣參數(shù)表1。結(jié)合本項目的情況，選擇2臺120kWh直流充電樁。

5儲能系統(tǒng)設(shè)計

儲能系統(tǒng)是電網(wǎng)“發(fā)-輸-變-配-用"環(huán)節(jié)的重要組成部分，是能源互聯(lián)網(wǎng)和智慧能源的*的組成部分，整個系統(tǒng)包括發(fā)電部分、充電控制部分和交流逆變?nèi)齻€部分。

5.1蓄電池的選擇

目前我國電力市場中儲能的方式有很多種，其中形成規(guī)模化應(yīng)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(biāo)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(nèi)輸出較大的功率來滿足負(fù)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(chǎn)環(huán)境，不能釋放有毒的物質(zhì)，更不能產(chǎn)生爆*；*后要有較長的壽命周期，即要滿足較高的循環(huán)次數(shù)。相對于其他的儲能方式，鋰電池由于具備了以上較多的優(yōu)點，它的放電深*DOD在的條件下也能達(dá)到循環(huán)次數(shù)7500，目前是儲能領(lǐng)域首*性價比*高的儲能方式。根據(jù)火力發(fā)電廠重要負(fù)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(jié)12V100AH的蓄電池，為了保證絕*的電量供應(yīng)不間斷，對于電廠通信保護這樣的重要負(fù)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(jié)蓄電池。

5.2電氣系統(tǒng)的設(shè)計

光儲充一體化充電設(shè)施低壓母線設(shè)置于戶外匯流箱內(nèi)，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(jiān)控攝*頭、充電樁、光儲并網(wǎng)系統(tǒng)提供電能，電氣主接線方案見圖1。光儲并網(wǎng)逆變器保護測控回路、充電樁保護測控回路、監(jiān)控攝*頭信號回路等二次回路接入上級配電房監(jiān)控系統(tǒng)總線，實現(xiàn)上級配電房對一體化充電設(shè)施的實時監(jiān)控。

6監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

光儲充監(jiān)控系統(tǒng)能源管理系統(tǒng)運行方式有并網(wǎng)運行方式、離網(wǎng)運行方式和并網(wǎng)和離網(wǎng)切換運行方式三類。*一種是并網(wǎng)運行方式，這種方式是光伏發(fā)電直接電網(wǎng)市電直接連

接。儲能系統(tǒng)對光伏發(fā)電的波動電壓、功率和頻率進行平衡，使其達(dá)到合適的范圍。*二種是離網(wǎng)運行方式。儲能系統(tǒng)協(xié)同主電源工作，在能源關(guān)系系統(tǒng)的統(tǒng)一協(xié)調(diào)和控制下，對負(fù)荷和發(fā)電量進行調(diào)節(jié)控制，當(dāng)光伏發(fā)電量大于負(fù)荷用電時，將光伏發(fā)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(wǎng)與離網(wǎng)切換運行的方式。EMS利用低谷時段和高峰用電時段，將并網(wǎng)和離網(wǎng)運行方式相互轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定*優(yōu)運行，實現(xiàn)用戶的節(jié)約能源。

7 Acrel-2000MG微電網(wǎng)能源管理系統(tǒng)概述

7.1概述

Acrel-2000MG微電網(wǎng)能源管理系統(tǒng)，是我司根據(jù)新型電力系統(tǒng)下微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)與微電網(wǎng)能源管理系統(tǒng)的要求，總結(jié)國內(nèi)外的研究和生產(chǎn)的經(jīng)驗，專門研制出的企業(yè)微電網(wǎng)能源管理系統(tǒng)。本系統(tǒng)滿足光伏系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電、儲能系統(tǒng)以及充電樁的接入，全天候進行數(shù)據(jù)采集分析，直接監(jiān)視光伏、風(fēng)能、儲能系統(tǒng)、充電樁運行狀態(tài)及健康狀況，是一個集監(jiān)控系統(tǒng)、能源管理為一體的管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)在安全穩(wěn)定的基礎(chǔ)上以經(jīng)濟優(yōu)化運行為目標(biāo)，提升可再生能源應(yīng)用，提高電網(wǎng)運行穩(wěn)定性、補償負(fù)荷波動；有效實現(xiàn)用戶側(cè)的需求管理、消除晝夜峰谷差、平滑負(fù)荷，提高電力設(shè)備運行效率、降低供電成本。為企業(yè)微電網(wǎng)能源管理提供安全、可靠、經(jīng)濟運行提供了全新的解決方案。

微電網(wǎng)能源管理系統(tǒng)應(yīng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，整個能源管理系統(tǒng)在物理上分為三個層：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。

7.2技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

本方案遵循的標(biāo)準(zhǔn)有：

本技術(shù)規(guī)范書提供的設(shè)備應(yīng)滿足以下規(guī)定、法規(guī)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：

GB/T26802.1-2011工業(yè)控制計算機系統(tǒng)通用規(guī)范*1部分：通用要求

GB/T26806.2-2011工業(yè)控制計算機系統(tǒng)工業(yè)控制計算機基本平臺*2部分：性能評定方法

GB/T26802.5-2011工業(yè)控制計算機系統(tǒng)通用規(guī)范*5部分：場地安全要求

GB/T26802.6-2011工業(yè)控制計算機系統(tǒng)通用規(guī)范*6部分：驗收大綱

GB/T2887-2011計算機場地通用規(guī)范

GB/T20270-2006信息安全技術(shù)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)安全技術(shù)要求

GB50174-2018電子信息系統(tǒng)機房設(shè)計規(guī)范

DL/T634.5101遠(yuǎn)動設(shè)備及系統(tǒng)*5-101部分:傳輸規(guī)約基本遠(yuǎn)動任務(wù)配套標(biāo)準(zhǔn)

DL/T634.5104遠(yuǎn)動設(shè)備及系統(tǒng)*5-104部分:傳輸規(guī)約采用標(biāo)準(zhǔn)傳輸協(xié)議子集的IEC60870-5-網(wǎng)絡(luò)訪問101

GB/T33589-2017微電網(wǎng)接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定

GB/T36274-2018微電網(wǎng)能源管理系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范

GB/T51341-2018微電網(wǎng)工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

GB/T36270-2018微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范

DL/T1864-2018型微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范

T/CEC182-2018微電網(wǎng)并網(wǎng)調(diào)度運行規(guī)范

T/CEC150-2018低壓微電網(wǎng)并網(wǎng)一體化裝置技術(shù)規(guī)范

T/CEC151-2018并網(wǎng)型交直流混合微電網(wǎng)運行與控制技術(shù)規(guī)范

T/CEC152-2018并網(wǎng)型微電網(wǎng)需求響應(yīng)技術(shù)要求

T/CEC153-2018并網(wǎng)型微電網(wǎng)負(fù)荷管理技術(shù)導(dǎo)則

T/CEC182-2018微電網(wǎng)并網(wǎng)調(diào)度運行規(guī)范

T/CEC5005-2018微電網(wǎng)工程設(shè)計規(guī)范

NB/T10148-2019微電網(wǎng)*1部分：微電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計導(dǎo)則

NB/T10149-2019微電網(wǎng)*2部分：微電網(wǎng)運行導(dǎo)則

7.3適用場合

系統(tǒng)可應(yīng)用于城市、高速公路、工業(yè)園區(qū)、工商業(yè)區(qū)、居民區(qū)、智能建筑、海島、無電地區(qū)可再生能源系統(tǒng)監(jiān)控和能源管理需求。

7.4型號說明

8系統(tǒng)配置

8.1系統(tǒng)架構(gòu)

本平臺采用分層分布式結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，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：

9系統(tǒng)功能

9.1實時監(jiān)測

微電網(wǎng)能源管理系統(tǒng)人機界面友好，應(yīng)能夠以系統(tǒng)一次電氣圖的形式直觀顯示各電氣回路的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電參數(shù)信息，動態(tài)監(jiān)視各回路斷路器、隔離開關(guān)等合、分閘狀態(tài)及有關(guān)故障、告警等信號。其中，各子系統(tǒng)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(shù)、頻率和正向有功電能累計值；狀態(tài)參數(shù)主要有：開關(guān)狀態(tài)、斷路器故障脫扣告警等。

系統(tǒng)應(yīng)可以對分布式電源、儲能系統(tǒng)進行發(fā)電管理，使管理人員實時掌握發(fā)電單元的出力信息、收益信息、儲能荷電狀態(tài)及發(fā)電單元與儲能單元運行功率設(shè)置等。

系統(tǒng)應(yīng)可以對儲能系統(tǒng)進行狀態(tài)管理，能夠根據(jù)儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)進行及時告警，并支持定期的電池維護。

微電網(wǎng)能源管理系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)界面包括系統(tǒng)主界面，包含微電網(wǎng)光伏、風(fēng)電、儲能、充電樁及總體負(fù)荷組成情況，包括收益信息、天氣信息、節(jié)能減排信息、功率信息、電量信息、電壓電流情況等。根據(jù)不同的需求，也可將充電，儲能及光伏系統(tǒng)信息進行顯示。

圖2系統(tǒng)主界面

子界面主要包括系統(tǒng)主接線圖、光伏信息、風(fēng)電信息、儲能信息、充電樁信息、通訊狀況及一些統(tǒng)計列表等。

9.1.1光伏界面

圖3光伏系統(tǒng)界面

本界面用來展示對光伏系統(tǒng)信息，主要包括逆變器直流側(cè)、交流側(cè)運行狀態(tài)監(jiān)測及報警、逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計及分析、并網(wǎng)柜電力監(jiān)測及發(fā)電量統(tǒng)計、電站發(fā)電量年有效利用小時數(shù)統(tǒng)計、發(fā)電收益統(tǒng)計、碳減排統(tǒng)計、輻照度/風(fēng)力/環(huán)境溫濕度監(jiān)測、發(fā)電功率模擬及效率分析；同時對系統(tǒng)的總功率、電壓電流及各個逆變器的運行數(shù)據(jù)進行展示。

9.1.2儲能界面

圖4儲能系統(tǒng)界面

本界面主要用來展示本系統(tǒng)的儲能裝機容量、儲能當(dāng)前充放電量、收益、SOC變化曲線以及電量變化曲線。

圖5儲能系統(tǒng)PCS參數(shù)設(shè)置界面

本界面主要用來展示對PCS的參數(shù)進行設(shè)置，包括開關(guān)機、運行模式、功率設(shè)定以及電壓、電流的限值。

圖6儲能系統(tǒng)BMS參數(shù)設(shè)置界面

本界面用來展示對BMS的參數(shù)進行設(shè)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(tǒng)PCS電網(wǎng)側(cè)數(shù)據(jù)界面

本界面用來展示對PCS電網(wǎng)側(cè)數(shù)據(jù)，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數(shù)等。

圖8儲能系統(tǒng)PCS交流側(cè)數(shù)據(jù)界面

本界面用來展示對PCS交流側(cè)數(shù)據(jù)，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數(shù)、溫度值等。同時針對交流側(cè)的異常信息進行告警。

圖9儲能系統(tǒng)PCS直流側(cè)數(shù)據(jù)界面

本界面用來展示對PCS直流側(cè)數(shù)據(jù)，主要包括電壓、電流、功率、電量等。同時針對直流側(cè)的異常信息進行告警。

圖10儲能系統(tǒng)PCS狀態(tài)界面

本界面用來展示對PCS狀態(tài)信息，主要包括通訊狀態(tài)、運行狀態(tài)、STS運行狀態(tài)及STS故障告警等。

圖11儲能電池狀態(tài)界面

本界面用來展示對BMS狀態(tài)信息，主要包括儲能電池的運行狀態(tài)、系統(tǒng)信息、數(shù)據(jù)信息以及告警信息等，同時展示當(dāng)前儲能電池的SOC信息。

圖12儲能電池簇運行數(shù)據(jù)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(dāng)前電芯的*大、*小電壓、溫度值及所對應(yīng)的位置。

10結(jié)束語

火力發(fā)電廠消耗大量的化石能源，也產(chǎn)生較大的污染，建設(shè)太陽能光儲充一體化直流系統(tǒng)，對火力發(fā)電廠節(jié)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(yīng)用場景與光儲充相結(jié)合來產(chǎn)生電能，滿足火電廠重要的廠用電負(fù)荷用電，既節(jié)約了火力發(fā)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(zhǔn)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(yè)界人士參考。

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作者簡介

翟雪玲，女，現(xiàn)任職與安科瑞電氣股份有限公司。