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(chǔ)充一體化發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，對(duì)光儲(chǔ)充系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程進(jìn)行了分析闡述，在查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料后，設(shè)計(jì)了可靠、合理的方案，對(duì)火力發(fā)電廠發(fā)展光儲(chǔ)充一體化具有參考意義。

關(guān)鍵詞：分布式；光儲(chǔ)充；火電廠；光伏+

0 引言

“光伏+"應(yīng)用場(chǎng)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(chǔ)能+充電樁"的模式，既能滿足清潔能源發(fā)電的特點(diǎn)，也能滿足利用儲(chǔ)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(chǔ)存初步設(shè)計(jì)，對(duì)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(xiàng)目概況

某火力發(fā)電廠光儲(chǔ)充一體化項(xiàng)目位于廣東省內(nèi)，項(xiàng)目由73.5kW光伏發(fā)電系統(tǒng)、100kWh儲(chǔ)能系統(tǒng)、2臺(tái)直流充電系統(tǒng)以及后臺(tái)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(chǔ)能系統(tǒng)分為直流側(cè)儲(chǔ)能和交流側(cè)儲(chǔ)能，目前應(yīng)用較廣的是交流側(cè)儲(chǔ)能，它們之間的唯*區(qū)別是儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)存起來，使得電能能夠在合適的時(shí)機(jī)充分被利用。

晚上，電力不夠用時(shí)，儲(chǔ)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(gè)儲(chǔ)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(shí)間段?？梢钥闯觯夥?器和EMS是整個(gè)光儲(chǔ)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(gè)系統(tǒng)中需要設(shè)計(jì)完備的過電壓保護(hù)和過負(fù)荷等保護(hù)，以此來保護(hù)整個(gè)系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

2光儲(chǔ)充一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程和思路

本項(xiàng)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(dòng)汽車充電，用不完的電量利用蓄電池儲(chǔ)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(jì)

光伏組件是太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)*核心部件，在整個(gè)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(jià)成本是我們選擇光伏組件要考慮的兩個(gè)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(duì)較快，僅適用于小批量示范項(xiàng)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(jià)*、規(guī)模、轉(zhuǎn)化效率等因素，在火力發(fā)電廠光儲(chǔ)充一體化發(fā)電項(xiàng)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(jì)

目前市場(chǎng)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(xiàng)目的情況，選擇2臺(tái)120kWh直流充電樁。

5儲(chǔ)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)

儲(chǔ)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(gè)系統(tǒng)包括發(fā)電部分、充電控制部分和交流逆變?nèi)齻€(gè)部分。

5.1蓄電池的選擇

目前我國電力市場(chǎng)中儲(chǔ)能的方式有很多種，其中形成規(guī)模化應(yīng)用的儲(chǔ)能方式主要有三種，分別是鉛酸電池儲(chǔ)能、鋁電池儲(chǔ)能和液流電池儲(chǔ)能。儲(chǔ)能對(duì)于用戶來說，通常有2個(gè)指標(biāo)需要考慮。首先要求電池要有很大的瞬時(shí)能源，即要求滿足短時(shí)間內(nèi)輸出較大的功率來滿足負(fù)荷的瞬時(shí)波動(dòng)；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(duì)于其他的儲(chǔ)能方式，鋰電池由于具備了以上較多的優(yōu)點(diǎn)，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(chǔ)能領(lǐng)域首*性價(jià)比*高的儲(chǔ)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(jì)算，日平均用電量=4000kWh/m÷30d=133kWh/d，因此滿足1d用電量存儲(chǔ)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(duì)于電廠通信保護(hù)這樣的重要負(fù)荷，一般至少要考慮按照5個(gè)白天的電量存儲(chǔ)，那么需要300節(jié)蓄電池。

5.2電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

光儲(chǔ)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(jìn)四出的接線形式，自上級(jí)配電房取電，為監(jiān)控?cái)z*頭、充電樁、光儲(chǔ)并網(wǎng)系統(tǒng)提供電能，電氣主接線方案見圖1。光儲(chǔ)并網(wǎng)逆變器保護(hù)測(cè)控回路、充電樁保護(hù)測(cè)控回路、監(jiān)控?cái)z*頭信號(hào)回路等二次回路接入上級(jí)配電房監(jiān)控系統(tǒng)總線，實(shí)現(xiàn)上級(jí)配電房對(duì)一體化充電設(shè)施的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

6監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

光儲(chǔ)充監(jiān)控系統(tǒng)能源管理系統(tǒng)運(yùn)行方式有并網(wǎng)運(yùn)行方式、離網(wǎng)運(yùn)行方式和并網(wǎng)和離網(wǎng)切換運(yùn)行方式三類。*一種是并網(wǎng)運(yùn)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(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)光伏發(fā)電的波動(dòng)電壓、功率和頻率進(jìn)行平衡，使其達(dá)到合適的范圍。*二種是離網(wǎng)運(yùn)行方式。儲(chǔ)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(duì)負(fù)荷和發(fā)電量進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，當(dāng)光伏發(fā)電量大于負(fù)荷用電時(shí)，將光伏發(fā)電多余的電量儲(chǔ)存起來，提高了能源的利用效率。*三種是分時(shí)段并網(wǎng)與離網(wǎng)切換運(yùn)行的方式。EMS利用低谷時(shí)段和高峰用電時(shí)段，將并網(wǎng)和離網(wǎng)運(yùn)行方式相互轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定*優(yōu)運(yùn)行，實(shí)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(yàn)，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(chǔ)能系統(tǒng)以及充電樁的接入，全天候進(jìn)行數(shù)據(jù)采集分析，直接監(jiān)視光伏、風(fēng)能、儲(chǔ)能系統(tǒng)、充電樁運(yùn)行狀態(tài)及健康狀況，是一個(gè)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(jì)優(yōu)化運(yùn)行為目標(biāo)，提升可再生能源應(yīng)用，提高電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性、補(bǔ)償負(fù)荷波動(dòng)；有效實(shí)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(yùn)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(jì)運(yùn)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(gè)能源管理系統(tǒng)在物理上分為三個(gè)層：設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)通信層和站控層。站級(jí)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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)基本平臺(tái)*2部分：性能評(píng)定方法

GB/T26802.5-2011工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通用規(guī)范*5部分：場(chǎng)地安全要求

GB/T26802.6-2011工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通用規(guī)范*6部分：驗(yàn)收大綱

GB/T2887-2011計(jì)算機(jī)場(chǎng)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(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范

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

DL/T634.5104遠(yuǎn)動(dòng)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(jì)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(yùn)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(yùn)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(yùn)行規(guī)范

T/CEC5005-2018微電網(wǎng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范

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

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

7.3適用場(chǎng)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(hào)說明

8系統(tǒng)配置

8.1系統(tǒng)架構(gòu)

本平臺(tái)采用分層分布式結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

微電網(wǎng)能源管理系統(tǒng)人機(jī)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(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電參數(shù)信息，動(dòng)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(hào)。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(jì)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(duì)分布式電源、儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電管理，使管理人員實(shí)時(shí)掌握發(fā)電單元的出力信息、收益信息、儲(chǔ)能荷電狀態(tài)及發(fā)電單元與儲(chǔ)能單元運(yùn)行功率設(shè)置等。

系統(tǒng)應(yīng)可以對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)管理，能夠根據(jù)儲(chǔ)能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)進(jìn)行及時(shí)告警，并支持定期的電池維護(hù)。

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(chǔ)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(chǔ)能及光伏系統(tǒng)信息進(jìn)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(chǔ)能信息、充電樁信息、通訊狀況及一些統(tǒng)計(jì)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(duì)光伏系統(tǒng)信息，主要包括逆變器直流側(cè)、交流側(cè)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)及報(bào)警、逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計(jì)及分析、并網(wǎng)柜電力監(jiān)測(cè)及發(fā)電量統(tǒng)計(jì)、電站發(fā)電量年有效利用小時(shí)數(shù)統(tǒng)計(jì)、發(fā)電收益統(tǒng)計(jì)、碳減排統(tǒng)計(jì)、輻照度/風(fēng)力/環(huán)境溫濕度監(jiān)測(cè)、發(fā)電功率模擬及效率分析；同時(shí)對(duì)系統(tǒng)的總功率、電壓電流及各個(gè)逆變器的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行展示。

9.1.2儲(chǔ)能界面

圖4儲(chǔ)能系統(tǒng)界面

本界面主要用來展示本系統(tǒng)的儲(chǔ)能裝機(jī)容量、儲(chǔ)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(chǔ)能系統(tǒng)PCS參數(shù)設(shè)置界面

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

圖6儲(chǔ)能系統(tǒng)BMS參數(shù)設(shè)置界面

本界面用來展示對(duì)BMS的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，主要包括電芯電壓、溫度保護(hù)限值、電池組電壓、電流、溫度限值等。

圖7儲(chǔ)能系統(tǒng)PCS電網(wǎng)側(cè)數(shù)據(jù)界面

本界面用來展示對(duì)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(chǔ)能系統(tǒng)PCS交流側(cè)數(shù)據(jù)界面

本界面用來展示對(duì)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(shí)針對(duì)交流側(cè)的異常信息進(jìn)行告警。

圖9儲(chǔ)能系統(tǒng)PCS直流側(cè)數(shù)據(jù)界面

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

圖10儲(chǔ)能系統(tǒng)PCS狀態(tài)界面

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

圖11儲(chǔ)能電池狀態(tài)界面

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

圖12儲(chǔ)能電池簇運(yùn)行數(shù)據(jù)界面

本界面用來展示對(duì)電池簇信息，主要包括儲(chǔ)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(duì)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(chǔ)充一體化直流系統(tǒng)，對(duì)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(chǎng)景與光儲(chǔ)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。