安科瑞 陳聰

摘要：隨著電動汽車保有量的增長，停車場充電設施建設需求不斷擴大，充電設施新增需求將對現有電網造成一定的用電壓力。光儲充一體化系統(tǒng)技術在停車場中的運用，不僅通過光伏發(fā)電為充電設施提供清潔能源，而且通過儲能設備平抑光伏發(fā)電與用電負荷不匹配造成的沖擊，通過智能管理系統(tǒng)智能分配和調度能源，至優(yōu)化能源利用效率，提高光儲充一體化停車場收益，緩解電網壓力，對能源轉型、減少碳排放和可持續(xù)發(fā)展帶來積極的影響。

關鍵詞：電動汽車 光儲充一體化 停車場 光伏發(fā)電

0引言

近年來，我國城市停車設施規(guī)模持續(xù)擴大，停車秩序不斷改善，產業(yè)化發(fā)展逐步深入，但仍存在供給能力短缺、治理水平不高、市場化進程滯后等問題[1]。為加快補齊城市停車供給短板，改善交通環(huán)境，推動高質量發(fā)展，停車場基礎設施建設還將進一步推動。電動汽車作為新能源汽車，具有清潔等特點，具有較大的實際發(fā)展意義和政策支持。中國在《新能源汽車產業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035）》提出，到2025年，新能源汽車銷量占比要在新車銷售總量中達到20%[2]。隨著政策的引導、資金的支持和技術的革新，傳統(tǒng)高耗能、高污染的燃油汽車正在逐漸被低能耗、*排放的電動汽車所替代[3]，電動汽車保有量將呈指數式增長，但電動汽車充電設施的建設遠不及電動汽車保有量上漲速度。《深圳市新能源汽車充換電設施管理辦法（征求意見稿）》擬規(guī)定：各類建筑物配建停車場（庫）及社會公共停車場小汽車停車位的充電樁配置比例不應低于30%，100%預留充電樁建設安裝條件[4]。停車充電樁將在未來一段時間迅速發(fā)展，但龐大的電動車充電需求可能會導致配電網運行指標越限，同時還可能引起系統(tǒng)峰值負荷超額等問題，進而對系統(tǒng)輸電和發(fā)電能力造成很大壓力，需要新興的能源供給方式注入，幫助緩解電網壓力，提高停車場電動汽車充電效率。光伏充電作為綠色能源之一，得到了國家政策的大力推動，在緩解電網壓力上具有較好的發(fā)展前景，但根據《2022中國電動汽車用戶充電行為白*書》指出，電動汽車用戶單日充電高峰集中在三個時段，分別為：早上5：00-7：00，下午12：00-16：00，夜間23：00-1：00。對比上年同期，下午時段充電占比降低，夜間和早上的充電占比提高[5]。電動汽車用戶具有較明顯的充電行為特征，需要具有儲能功能的新能源供電設備，傳統(tǒng)的并網光伏發(fā)電與停車場頂棚結合的光伏停車棚并不能很好的解決問題，因此，《白*書》提出建議：充電場站推進光儲充一體化，布局虛擬電廠業(yè)務。鼓勵充電運營商、負荷集成商等各類第三方市場主體，通過商業(yè)模式創(chuàng)新聚合電動汽車參與儲能服務，并在未來積極參與電力交易，響應電網削峰填谷，充分利用清潔能源，助推能源結構轉型[5]。可見，光儲充一體化在停車場的應用中有較大的發(fā)展?jié)摿Α?/span>

1光儲充一體化技術

1.1光儲充一體化技術概述

光儲充一體化技術是將光伏發(fā)電、儲能和充電設施集成在一起，形成一個整體系統(tǒng)以滿足能源供應和能源消費的需求。

光伏發(fā)電，依靠“光生伏打效應”將光伏板吸收的太陽能轉換為電能，輸出直流電通過逆變器輸送給電網。光伏發(fā)電技術已經得到了廣泛應用，具有無排放、可再生、模塊化布局和適應性強等優(yōu)點

儲能技術是將電能在光伏發(fā)電時儲存起來，以便在需要時供應給充電設施或其他電力需求。由于電動汽車具有較明顯的充電行為特征，會導致光伏發(fā)電與用電負荷不匹配，對整體微電網造成一定的沖擊。儲能技術可以平抑光伏發(fā)電與用電負荷不匹配造成的沖擊，保證智能微網系統(tǒng)的平穩(wěn)運行[6]，利用太陽能，提高整體系統(tǒng)的穩(wěn)定性和持續(xù)性。充電設施是將儲存的電能轉化為電動車輛的充電能力。

1.2光儲充一體化技術的優(yōu)點

光儲充一體技術的優(yōu)點在各個領域得到了證實，在停車場的應用中，具有可持續(xù)性、獨立與可靠性、經濟性等優(yōu)點。

1）可持續(xù)性。光儲充一體化系統(tǒng)使用光伏發(fā)電，利用太陽能作為可再生能源，實現*排放的電力供應。儲能系統(tǒng)將電能儲存起來供后續(xù)使用，使得系統(tǒng)能夠在無光照或低光照條件下繼續(xù)供電，提高能源利用效率。通過推廣光儲充一體化系統(tǒng)的應用，可以為改善環(huán)境質量、減少碳排放做出積極貢獻，實現可持續(xù)發(fā)展目標。

2）獨立與可靠性。光儲充一體化系統(tǒng)通過儲能設備的引入，實現光伏發(fā)電的能源存儲和調度，解決了太陽能發(fā)電的間歇性和不可控性的問題。儲能設備可以在光伏發(fā)電過剩時儲存電能，在需求高峰時釋放電能，實現能源供需平衡，使得光儲充一體化系統(tǒng)具有獨立性。因其具有獨立性的特點，降低了對傳統(tǒng)電力網絡的依賴，減輕電網負荷壓力和線路損耗，提高電網的穩(wěn)定性和可靠性。另外，在災害或緊急情況下，系統(tǒng)可以提供可靠的電力供應，解決臨時緊急照明和通信等基本需求。

3）經濟性。光儲充一體化系統(tǒng)通過光伏發(fā)電與能源儲存調度，減少傳統(tǒng)電力供應的需求，降低能源采購成本和電費支出，為停車場提供經濟效益。甚至在光伏發(fā)電充足的情況下，可以將多余電量并入電網，獲得一定收益。

光儲充一體化技術的發(fā)展前景廣闊，該項技術的推廣和發(fā)展將對能源轉型、碳排放減少和可持續(xù)發(fā)展產生積極影響。

2停車場光儲充一體化系統(tǒng)設計

停車場光儲充一體化系統(tǒng)包含光伏系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)、充電系統(tǒng)與智能管理系統(tǒng)，且并入大電網中。在系統(tǒng)微電網中，包含直流母線與交流母線，通過DC/AC逆變器相聯通。

圖1停車場光儲充一體化系統(tǒng)示意圖

2.1光伏系統(tǒng)

光伏發(fā)電系統(tǒng)分為集中式光伏發(fā)電系統(tǒng)與分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，在停車場中，應運用倡導就近發(fā)電，就近并網，就近轉換，就近使用的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，采用“自發(fā)自用，余電上網”的方式將光伏發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)電量優(yōu)先進行就地消納，剩余電量進行上網消納。

2.1.1光伏系統(tǒng)組成

光伏發(fā)電系統(tǒng)主要有光伏陣列與MPPT兩個部分構成。

1)光伏陣列

光伏陣列由光伏組件串并聯組成，光伏組件有單晶硅、多晶硅、碲化鎘、銅銦鎵硒等類型，其中單晶硅組件因技術成熟、效率高、使用壽命長而被廣泛應用于分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)。光伏組件運用半導體的“光生伏特”效應，當光伏組件受到光照，物體內的電荷分布狀態(tài)發(fā)生變化而產生電動勢和電流，輸出直流電，作為光儲充一體化系統(tǒng)的能源供給部分。

2)MPPT

MPPT控制器的全稱“至大功率點跟蹤”（MaximumPowerPointTracking）太陽能控制器，是傳統(tǒng)太陽能充放電控制器的升級換代產品。MPPT控制器能夠實時偵測太陽能板的發(fā)電電壓，并追蹤高電壓電流值，使系統(tǒng)以至大功率輸出對蓄電池充電。應用于太陽能光伏系統(tǒng)中，協調太陽能電池板、蓄電池、負載的工作，是光伏系統(tǒng)的大腦。

圖2光伏系統(tǒng)示意圖

2.1.2光伏系統(tǒng)與停車場的結合

停車場與光伏系統(tǒng)具有較好的相容性，特別在停車樓屋頂與露天停車場，可以較好的運用。停車樓屋頂與普通屋頂一樣，擁有較大面積共光伏設備的建設。露天停車場由于受到陽光直曬，雨雪天氣等自然因素影響，安全性不如其他停車場。光伏系統(tǒng)可以和停車棚相結合，為露天停車場建造光伏車棚，有雙車位車棚與多車位車棚兩種類型，具有較強的靈活性，為停車場提供更好地安全性。

光伏功率主要由光伏板表面溫度、光照強度以及光伏板面積所影響，因此，在光伏設備的建設中，應充分考慮傾角與方位角，光伏組件傾角和朝向對系統(tǒng)發(fā)電量影響頗大。通常情況下，排除氣候條件，朝向正南方向、與地平表面形成傾角的平面與當地的緯度值相同，年平均接收到的太陽輻射能至多。

2.2儲能系統(tǒng)

儲能系統(tǒng)作為微電網中必不能少的一部分，具有提高可再生能源利用率、緩解可再生能源出力波動、降低對微電網運行穩(wěn)定性的沖擊和對配電網負荷“削峰填谷”的作用。儲能系統(tǒng)主要由儲能變流器與儲能電池構成。

儲能變流器（PCS）是儲能系統(tǒng)與電網連接的功率接口設備，承擔控制電網與儲能單元間能量雙向流動的功能。

儲能電池作為存儲電能的單元，是儲能系統(tǒng)的主要構成。充電狀態(tài)下，蓄電池可將電能轉化為化學能存儲在電池中，放電狀態(tài)下又可將化學能轉化成電能釋放出。在光儲充一體化系統(tǒng)中，儲能電池可選用磷酸鐵鋰電池，該電池循環(huán)壽命長、穩(wěn)定性和耐久性優(yōu)良、能量密度高、安全性更高、更耐高溫，在對電池安全可靠性要求較高的電力行業(yè)有著不可替代的優(yōu)勢。

2.3充電系統(tǒng)

充電系統(tǒng)是光儲充一體化系統(tǒng)中的輸出部分。電動汽車用戶根據其需求，對充電設備有快充與慢充兩種需求，因此充電設備也應根據其需求分為直流充電樁與交流充電樁。

直流充電樁運用光伏系統(tǒng)產生的直流電，直接作為充電樁電源，為電動汽車充電，可快速完成充電，滿足電動汽車用戶快充需求。交流充電樁運用電網或逆變器產生的交流電為電動汽車充電，低功率的交流電充電對電網沖擊較小，但充電時間較長，可滿足電動汽車用戶慢充需要。

2.4智能管理系統(tǒng)

智能管理系統(tǒng)是光儲充一體化停車場的調度與數據中心，是整個一體化系統(tǒng)的大腦。智能管理系統(tǒng)主要有充電控制功能，能源調度功能，數據監(jiān)測功能。

充電控制功能由智能管理系統(tǒng)接受到用戶充電需求申請，根據其快充慢充需求，調動儲能系統(tǒng)提供直流電滿足快充需求，使用DC/AC逆變器將儲能系統(tǒng)放出電流轉換為交流電或采用大電網供電滿足慢充需求。

能源調度功能由智能管理系統(tǒng)根據合適的調度策略，進行能源的調度，達到效益的優(yōu)化。在光伏發(fā)電量充足，充電需求不高時，將部分電能儲存到儲能系統(tǒng)，部分并入大電網獲得一定收益。在光伏發(fā)電量不足，充電需求較高時，采購大電網供電，對充電系統(tǒng)進行支持。另外，智能管理系統(tǒng)可根據當地分時電價，在電價高峰期放電，在電價低谷期充電，獲得受益，實現光儲充一體化停車場受益至大化。

數據監(jiān)測功能通過儲能系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)、充電系統(tǒng)、微電網狀態(tài)將實時數據回輸至智能管理系統(tǒng)，實現實時數據監(jiān)控與共享，保證各系統(tǒng)運行穩(wěn)定。另外，系統(tǒng)將收集大量充電行為與系統(tǒng)運行數據，可為調度策略深入研究提供數據支撐。

圖3智能管理系統(tǒng)示意圖

3發(fā)展與挑戰(zhàn)

3.1挑戰(zhàn)

光儲充一體化停車場仍然處于發(fā)展階段，需要進一步完善和發(fā)展，在未來還將面臨不少挑戰(zhàn)。

首先，停車場可用空間通常有限，如何合理利用有限的空間，實現光伏發(fā)電設施、儲能設施、充電設施的集成布置，是一個挑戰(zhàn)。不同時間、不同天氣、不同季節(jié)對光伏發(fā)電的功率輸出有較大影響，如何根據光照條件的變化，以及分時電價政策，以至大經濟效益為目標，通過智能管理系統(tǒng)和算法實時調整能量流分配與儲能系統(tǒng)的充放電策略，是一個挑戰(zhàn)。隨著電動汽車的增加，停車場的充電需求也會相應增加，如何較為準確預測未來充電需求，合理合理規(guī)劃充電設施的布置和功率規(guī)模是一個挑戰(zhàn)。另外，光儲充一體化系統(tǒng)的建設和運營成本是一個考慮因素，如何綜合考慮系統(tǒng)建設、運維和能源成本，實現光儲充一體化系統(tǒng)在停車場的運用成本至低化，是一個挑戰(zhàn)。

3.2發(fā)展方向

未來，要持續(xù)推進光伏發(fā)電、儲能和充電設施技術發(fā)展與創(chuàng)新，提高系統(tǒng)效率、可靠性和智能化水平。通過技術進步，形成光儲充一體化停車場體系，優(yōu)化運營維護管理制度，提出更經濟性的能源調度策略，降低光儲充一體化系統(tǒng)成本，提高經濟可行性。另外，要加強光儲充一體化系統(tǒng)與電力市場的互動，探索參與電力市場交易和能源管理的機制，推動建立支持政策和市場機制，促進光儲充一體化系統(tǒng)的發(fā)展與推廣。

隨著技術進步，成本降低和政策支持的推動，光儲充一體化系統(tǒng)在停車場應用中將迎來更廣闊的發(fā)展前景。

4安科瑞微電網能量管理系統(tǒng)概述

4.1概述

Acrel-2000MG微電網能量管理系統(tǒng)，是我司根據新型電力系統(tǒng)下微電網監(jiān)控系統(tǒng)與微電網能量管理系統(tǒng)的要求，專門研制出的企業(yè)微電網能量管理系統(tǒng)。本系統(tǒng)滿足光伏系統(tǒng)、風力發(fā)電、儲能系統(tǒng)以及充電樁的接入，進行數據采集分析，直接監(jiān)視光伏、風能、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)、能量管理為一體的管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)安全穩(wěn)定的基礎上以經濟優(yōu)化運行為目標，提升可再生能源應用，提高電網運行穩(wěn)定性、補償負荷波動；有效實現用戶側的需求管理、消除晝夜峰谷差、平滑負荷，提高電力設備運行效率、降低供電成本。為企業(yè)微電網能量管理提供安全、可靠、經濟運行提供了全新的解決方案。

微電網能量管理系統(tǒng)應采用分層分布式結構，整個能量管理系統(tǒng)物理上分為三個層：設備層、網絡通信層和站控層。站級通信網絡采用標準以太網及TCP/IP通信協議，物理媒介可以為光纖、網線、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。

4.2適用場合

系統(tǒng)可應用于城市、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)控和能量管理需求。

4.3系統(tǒng)架構

本平臺采用分層分布式結構進行設計，即站控層、網絡層和設備層，詳細拓撲結構如下：

圖3典型微電網能量管理系統(tǒng)組網方式

5充電站微電網能量管理系統(tǒng)主要功能

5.1實時監(jiān)測

微電網能量管理系統(tǒng)人機界面友好，應能夠以系統(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)測光伏、風電、儲能、充電站等各回路電壓、電流、功率、功率因數等電參數信息，動態(tài)監(jiān)視各回路斷路器、隔離開關等合、分閘狀態(tài)及有關故障、告警等信號。其中，各子系統(tǒng)回路電參量主要有：相電壓、線電壓、三相電流、有功/無功功率、視在功率、功率因數、頻率、有功/無功電度、頻率和正向有功電能累計值；狀態(tài)參數主要有：開關狀態(tài)、斷路器故障脫扣告警等。

系統(tǒng)應可以對分布式電源、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置等。

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

微電網能量管理系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)界面包括系統(tǒng)主界面，包含微電網光伏、風電、儲能、充電站及總體負荷組成情況，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4系統(tǒng)主界面

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

5.1.1光伏界面

圖5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、交流側運行狀態(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統(tǒng)計、發(fā)電收益統(tǒng)計、碳減排統(tǒng)計、輻照度/風力/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據進行展示。

5.1.2儲能界面

圖6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、儲能當前充放電量、收益、SOC變化曲線以及電量變化曲線。

圖7儲能系統(tǒng)PCS參數設置界面

本界面主要用來展示對PCS的參數進行設置，包括開關機、運行模式、功率設定以及電壓、電流的限值。

圖8儲能系統(tǒng)BMS參數設置界面

本界面用來展示對BMS的參數進行設置，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10儲能系統(tǒng)PCS電網側數據界面

本界面用來展示對PCS電網側數據，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數等。

圖9儲能系統(tǒng)PCS交流側數據界面

本界面用來展示對PCS交流側數據，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數、溫度值等。同時針對交流側的異常信息進行告警。

圖11儲能系統(tǒng)PCS直流側數據界面

本界面用來展示對PCS直流側數據，主要包括電壓、電流、功率、電量等。同時針對直流側的異常信息進行告警。

圖12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14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、數據信息以及告警信息等，同時展示當前儲能電池的SOC信息。

圖13儲能電池簇運行數據界面

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，并展示當前電芯的電壓、溫度值及所對應的位置。

5.1.3風電界面

圖15風電系統(tǒng)界面

本界面用來展示對風電系統(tǒng)信息，主要包括逆變控制一體機直流側、交流側運行狀態(tài)監(jiān)測及報警、逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計及分析、電站發(fā)電量年有效利用小時數統(tǒng)計、發(fā)電收益統(tǒng)計、碳減排統(tǒng)計、風速/風力/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據進行展示。

5.1.4充電站界面

圖16充電站界面

本界面用來展示對充電站系統(tǒng)信息，主要包括充電站用電總功率、交直流充電站的功率、電量、電量費用，變化曲線、各個充電站的運行數據等。

5.1.5事故追憶

可以自動記錄事故時刻前后一段時間的所有實時掃描數據，包括開關位置、保護動作狀態(tài)、遙測量等，形成事故分析的數據基礎。

用戶可自定義事故追憶的啟動事件，當每個事件發(fā)生時，存儲事故*10個掃描周期及事故后10個掃描周期的有關點數據。啟動事件和監(jiān)視的數據點可由用戶隨意修改。

5.2典型硬件及其配套產品

6總結

光儲充一體化系統(tǒng)具有可持續(xù)性、可靠性和經濟性等特點，可以為改善環(huán)境質量、減少碳排放做出積極貢獻。通過智能化能源管理系統(tǒng)，實現系統(tǒng)效益至優(yōu)化，在政策推動電動汽車迅猛發(fā)展的現狀下，為充電需求市場注入新的能源供給，緩解電網壓力，為停車場提供更高的受益。光儲充一體化停車場具有廣闊的發(fā)展前景，光儲充一體化系統(tǒng)技術在停車場中的運用將成為今后一個重要的研究方向。

參考文獻

[1]國務院辦公廳關于轉發(fā)國家發(fā)改委等部門關于推動城市停車設施發(fā)展意見的通知（國辦函[2021]46號）

[2]國務院辦公廳關于印發(fā)新能源汽車產業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021—2035年）的通知（國辦發(fā)〔2020〕39號）

[3]楊茜,鄧建慎,李洪峰等.電動汽車公共服務與互動平臺設計研究[J].電力系統(tǒng)保護與控制,2016,44(10):137-144.

[4]深圳市發(fā)展和改革委員會關于公開征求《深圳市新能源汽車充換電設施管理辦法（征求意見稿）》意見的通告

[5]2022中國電動汽車用戶充電行為白*書

[6]晏陽,袁簡,王夢蔚.光儲充一體化充電設施設計方案研究[J].電工技術,2019,No.509(23):28-30.

[7]黎耀華,賈衛(wèi)歌.光儲充一體化充電站系統(tǒng)研究[J].機械工程與自動化,2023,No.236(01):224-226.

[8]陳義奇.光儲充一體化停車場的建設[J].光源與照明,2022,No.*75(12):91-93.

[9]楊猛.光儲充一體化電動汽車充電站容量配置及綜合效益研究[D].華北電力大學(北京),2020.

[10]張強強.光儲充一體化微電網系統(tǒng)設計及調度策略研究[D].浙江科技學院,2022.

[11]安科瑞企業(yè)微電網設計與選型手冊.2022.05版.