簡述分布式智慧光伏充電站的方案應用與產品選型

hth下载地址 陳聰

摘要：在“雙碳”目標及電動車迅猛發展的背景下，為(wei) 解決(jue) 電動車充電問題，同時進行能源優(you) 化，以太陽能作為(wei) 基礎能源，結合物聯網和人工智能等新興(xing) 技術，構建分布式智慧光伏充電站。基於(yu) hth下载地址公司分布式智慧光伏充電站物聯網平台，結合雲(yun) 服務和人工智能技術實現分布式集成管理，平台可實時采集各種數據，並根據采集的數據堯光伏發電預測數據及用戶用電預測數據進行係統層麵的優(you) 化調度，實現蓄電池的充放電智能動態管理。分布式智慧光伏充電站可顯著提高係統的管理水平，充分利用光伏發電，降低運行費用，實現係統整體(ti) 節能降耗。

關(guan) 鍵詞：新能源；光儲(chu) 一體(ti) 化充電站；雙碳；分布式光伏

1光儲(chu) 一體(ti) 化充電站發展現狀

1.1國內(nei) 發展現狀

自2020年9月中國提出實現碳達峰堯碳中和的宏偉(wei) 目標以來，我國的能源發展重心已明確轉向構建清潔低碳能源體(ti) 係。與(yu) 此同時，物聯網技術的飛速發展為(wei) 基礎設施建設提供了強有力的支持。電動車作為(wei) 清潔能源交通的未來方向，其發展受到了廣泛的關(guan) 注。然而，電動車充電基礎設施的不足和充電基礎設施與(yu) 新能源及物聯網等的融合不足，成為(wei) 當前電動車產(chan) 業(ye) 麵臨(lin) 的主要挑戰。

國內(nei) 研究已明確指出，電動車充電基礎設施的不足已成為(wei) 製約電動車發展的一個(ge) 重要因素。近年來，中國在光伏技術領域取得了顯著進步，已經展開了光伏係統在能源領域的應用研究，但充電站的整合仍需進一步探索。同時，國內(nei) 學者也開始研究如何將物聯網技術應用於(yu) 能源管理，以實現對能源係統的智能監測和控製。

1.2國外發展現狀

在國際領域，一些光伏電動車充電站項目已經湧現。同時，物聯網技術在能源領域的應用已取得了顯著成果，例如實時監測能源係統並進行管理以提高效率堯增強安全性。

2係統框架

分布式智慧光伏充電站位於(yu) 山東(dong) 建築大學校內(nei) ，包括分布式光伏儲(chu) 能係統和充電樁智能控製係統兩(liang) 個(ge) 子係統，其係統結構如圖1所示。

2.1分布式光伏儲(chu) 能係統

分布式光伏儲(chu) 能係統采用了36塊峰值輸出功率為(wei) 430W的單晶矽PV光伏板堯3台功率為(wei) 4KW的儲(chu) 能逆變器堯3塊48V100AH的磷酸鐵鋰蓄電池以及其它配件設備組成。在整個(ge) 係統中，PV光伏板以兩(liang) 兩(liang) 串聯的方式，形成了18個(ge) 並聯的PV光伏板單元，每6個(ge) 單元淵12塊PV光伏板冤與(yu) 一個(ge) 儲(chu) 能逆變器連接形成一個(ge) 光伏板組，以分布式方式進行布置。此外，係統中的蓄電池作為(wei) 儲(chu) 能單元被並聯到各儲(chu) 能逆變器的後端。同時，本實驗裝置選用的HFP48儲(chu) 能逆變器的太陽能光伏發電模塊，使用了新優(you) 化的MPPT追蹤技術，能快速定位到光伏陣的大功率點，實時獲取PV光伏板的大能。

2.2充電樁智能控製係統

在分布式智慧光伏充電站的架構中，充電樁智能控製係統扮演了一個(ge) 不能或缺的角色，其主要職責包括整合堯管理及指導充電係統的運作。旨在確保係統能夠適應多變的環境條件與(yu) 不同的用戶需求。結合係統設定，每組儲(chu) 能逆變器淵容量為(wei) 4KW冤連接12塊峰值輸出功率為(wei) 430W的單晶矽PV光伏板。鑒於(yu) 電動自行車充電器的功率大致在300W左右，每組儲(chu) 能逆變器配備7個(ge) 充電終端節點，每個(ge) 節點配置2個(ge) 充電插頭，以確保充足的充電能力。采納將7個(ge) 充電終端設備分為(wei) 一組的策略，不僅(jin) 增強了係統的模塊化和靈活性，同時也為(wei) 係統未來的擴展或維護提供了便利。這些充電終端通過RS484接口相互連接，確保了數據傳(chuan) 輸的高速與(yu) 穩定。同時，每個(ge) 充電終端都裝備了高精度的傳(chuan) 感器，它們(men) 可以對充電過程中的各種參數進行實時監測，如充電樁的溫度堯電壓堯電流以及充電狀態等。這些關(guan) 鍵參數數據不僅(jin) 對於(yu) 確保充電效率至關(guan) 重要，還有助於(yu) 預防和及時處理可能出現的異常情況。

3物聯網通信技術

物聯網作為(wei) 一種物物相聯的互聯網形式，擁有全麵感知堯可靠傳(chuan) 遞和智能處理等顯著特征，能夠將傳(chuan) 感技術與(yu) 智能技術相互融合，同時充分利用雲(yun) 計算堯數據挖掘堯神經網絡等智能技術，滿足多樣化的用戶需求。本文研究搭建的分布式智慧光伏充電站係統，是一個(ge) 采用物聯網技術的3層結構智能網絡。物聯網網絡拓撲結構如圖2所示。

圖2

在該網絡拓撲結構中，主要用到Modbus有線通信技術,MQTT雲(yun) 通信技術和數據透傳(chuan) 技術。

3.1Modbus有線通信

在感知層的構建中，係統采用了Modbus協議配合RS484接口來實現各傳(chuan) 感器和設備間的有線通信。Modbus協議因其穩定性和高度的兼容性，在工業(ye) 通訊領域被廣泛認可。通過這種方式,確保了包括儲(chu) 能逆變器、蓄電池組、火災報警器、智能充電樁等在內(nei) 的多種設備，能夠實現安全、準確的信息交換。

3.2MQTT雲(yun) 通信及數據透傳(chuan)

由於(yu) 管理平台距離充電樁較遠，因此係統的網絡層采用了MQTT協議以及4G數據幀透傳(chuan) 。MQTT是一種輕量級的消息傳(chuan) 輸協議，適用於(yu) 物聯網環境中帶寬有限的設備。在本係統中，MQTT用於(yu) 將儲(chu) 能逆變器和小型氣象站收集的數據通過無線數據終端上傳(chuan) 至平台，這些數據包括光伏發電量、能源存儲(chu) 水平、溫度等。此外，智能充電樁的數據使用RS484總線進行數據匯總，終通過遠程終端單元進行數據幀透傳(chuan) 至平台，以支持實時的遠程監控和控製。

4 Acrel-2000MG充電站微電網能量管理係統

4.1平台概述

Acrel-2000MG微電網能量管理係統，是我司根據新型電力係統下微電網監控係統與(yu) 微電網能量管理係統的要求，總結國內(nei) 外的研究和生產(chan) 的經驗，專(zhuan) 門研製出的企業(ye) 微電網能量管理係統。本係統滿足光伏係統、風力發電、儲(chu) 能係統以及充電站的接入，*進行數據采集分析，直接監視光伏、風能、儲(chu) 能係統、充電站運行狀態及健康狀況，是一個(ge) 集監控係統、能量管理為(wei) 一體(ti) 的管理係統。該係統在安全穩定的基礎上以經濟優(you) 化運行為(wei) 目標，促進可再生能源應用，提高電網運行穩定性、補償(chang) 負荷波動；有效實現用戶側(ce) 的需求管理、消除晝夜峰穀差、平滑負荷，提高電力設備運行效率、降低供電成本。為(wei) 企業(ye) 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(jue) 方案。

微電網能量管理係統應采用分層分布式結構，整個(ge) 能量管理係統在物理上分為(wei) 三個(ge) 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(wei) 光纖、網線、屏蔽雙絞線等。係統支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-4-101、IEC60870-4-103、IEC60870-4-104、MQTT等通信規約。

4.2平台適用場合

係統可應用於(yu) 城市、高速公路、工業(ye) 園區、工商業(ye) 區、居民區、智能建築、海島、無電地區可再生能源係統監控和能量管理需求。

4.3係統架構

本平台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1典型微電網能量管理係統組網方式

5充電站微電網能量管理係統解決方案

5.1實時監測

微電網能量管理係統人機界麵友好，應能夠以係統一次電氣圖的形式直觀顯示各電氣回路的運行狀態，實時監測光伏、風電、儲(chu) 能、充電站等各回路電壓、電流、功率、功率因數等電參數信息，動態監視各回路斷路器、隔離開關(guan) 等合、分閘狀態及有關(guan) 故障、告警等信號。其中，各子係統回路電參量主要有：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；狀態參數主要有：開關(guan) 狀態、斷路器故障脫扣告警等。

係統應可以對分布式電源、儲(chu) 能係統進行發電管理，使管理人員實時掌握發電單元的出力信息、收益信息、儲(chu) 能荷電狀態及發電單元與(yu) 儲(chu) 能單元運行功率設置等。

係統應可以對儲(chu) 能係統進行狀態管理，能夠根據儲(chu) 能係統的荷電狀態進行及時告警，並支持定期的電池維護。

微電網能量管理係統的監控係統界麵包括係統主界麵，包含微電網光伏、風電、儲(chu) 能、充電站及總體(ti) 負荷組成情況，包括收益信息、天氣信息、節能減排信息、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(chu) 能及光伏係統信息進行顯示。

圖1係統主界麵

子界麵主要包括係統主接線圖、光伏信息、風電信息、儲(chu) 能信息、充電站信息、通訊狀況及一些統計列表等。

5.1.1光伏界麵

圖3光伏係統界麵

本界麵用來展示對光伏係統信息，主要包括逆變器直流側(ce) 、交流側(ce) 運行狀態監測及報警、逆變器及電站發電量統計及分析、並網櫃電力監測及發電量統計、電站發電量年有效利用小時數統計、發電收益統計、碳減排統計、輻照度/風力/環境溫濕度監測、發電功率模擬及效率分析；同時對係統的總功率、電壓電流及各個(ge) 逆變器的運行數據進行展示。

5.1.2儲(chu) 能界麵

圖4儲(chu) 能係統界麵

本界麵主要用來展示本係統的儲(chu) 能裝機容量、儲(chu) 能當前充放電量、收益、SOC變化曲線以及電量變化曲線。

圖5儲(chu) 能係統PCS參數設置界麵

本界麵主要用來展示對PCS的參數進行設置，包括開關(guan) 機、運行模式、功率設定以及電壓、電流的限值。

圖6儲(chu) 能係統BMS參數設置界麵

本界麵用來展示對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7儲(chu) 能係統PCS電網側(ce) 數據界麵

本界麵用來展示對PCS電網側(ce) 數據，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數等。

圖8儲(chu) 能係統PCS交流側(ce) 數據界麵

本界麵用來展示對PCS交流側(ce) 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(ce) 的異常信息進行告警。

圖9儲(chu) 能係統PCS直流側(ce) 數據界麵

本界麵用來展示對PCS直流側(ce) 數據，主要包括電壓、電流、功率、電量等。同時針對直流側(ce) 的異常信息進行告警。

圖10儲(chu) 能係統PCS狀態界麵

本界麵用來展示對PCS狀態信息，主要包括通訊狀態、運行狀態、STS運行狀態及STS故障告警等。

圖11儲(chu) 能電池狀態界麵

本界麵用來展示對BMS狀態信息，主要包括儲(chu) 能電池的運行狀態、係統信息、數據信息以及告警信息等，同時展示當前儲(chu) 能電池的SOC信息。

圖12儲(chu) 能電池簇運行數據界麵

本界麵用來展示對電池簇信息，主要包括儲(chu) 能各模組的電芯電壓與(yu) 溫度，並展示當前電芯的電壓、溫度值及所對應的位置。

5.1.3風電界麵

圖13風電係統界麵

本界麵用來展示對風電係統信息，主要包括逆變控製一體(ti) 機直流側(ce) 、交流側(ce) 運行狀態監測及報警、逆變器及電站發電量統計及分析、電站發電量年有效利用小時數統計、發電收益統計、碳減排統計、風速/風力/環境溫濕度監測、發電功率模擬及效率分析；同時對係統的總功率、電壓電流及各個(ge) 逆變器的運行數據進行展示。

5.1.4充電站界麵

圖14充電站界麵

本界麵用來展示對充電站係統信息，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(ge) 充電站的運行數據等。

5.1.5視頻監控界麵

圖15微電網視頻監控界麵

本界麵主要展示係統所接入的視頻畫麵，且通過不同的配置，實現預覽、回放、管理與(yu) 控製等。

5.1.6發電預測

係統應可以通過曆史發電數據、實測數據、未來天氣預測數據，對分布式發電進行短期、超短期發電功率預測，並展示合格率及誤差分析。根據功率預測可進行人工輸入或者自動生成發電計劃，便於(yu) 用戶對該係統新能源發電的集中管控。

圖16光伏預測界麵

5.1.7策略配置

係統應可以根據發電數據、儲(chu) 能係統容量、負荷需求及分時電價(jia) 信息，進行係統運行模式的設置及不同控製策略配置。如削峰填穀、周期計劃、需量控製、防逆流、有序充電、動態擴容等。

具體(ti) 策略根據項目實際情況（如儲(chu) 能櫃數量、負載功率、光伏係統能力等）進行接口適配和策略調整，同時支持定製化需求。

圖17策略配置界麵

5.1.8運行報表

應能查詢各子係統、回路或設備*時間的運行參數，報表中顯示電參量信息應包括：各相電流、三相電壓、總功率因數、總有功功率、總無功功率、正向有功電能、尖峰平穀時段電量等。

圖18運行報表

5.1.9實時報警

應具有實時報警功能，係統能夠對各子係統中的逆變器、雙向變流器的啟動和關(guan) 閉等。信變位，及設備內(nei) 部的保護動作或事故跳閘時應能發出告警，應能實時顯示告警事件或跳閘事件，包括保護事件名稱、保護動作時刻；並應能以彈窗、聲音、短信和電話等形式通知相關(guan) 人員。

圖18實時告警

5.1.10曆史事件查詢

應能夠對。信變位，保護動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數、電芯溫度（鋰離子電池）、壓力（液流電池）、光照、風速、氣壓越限等事件記錄進行存儲(chu) 和管理，方便用戶對係統事件和報警進行曆史追溯，查詢統計、事故分析。

圖19曆史事件查詢

5.1.11電能質量監測

應可以對整個(ge) 微電網係統的電能質量包括穩態狀態和暫態狀態進行持續監測，使管理人員實時掌握供電係統電能質量情況，以便及時發現和消除供電不穩定因素。

1）在供電係統主界麵上應能實時顯示各電能質量監測點的監測裝置通信狀態、各監測點的A/B/C相電壓總畸變率、三相電壓不平衡度*和正序/負序/零序電壓值、三相電流不平衡度*和正序/負序/零序電流值；

2）諧波分析功能：係統應能實時顯示A/B/C三相電壓總諧波畸變率、A/B/C三相電流總諧波畸變率、奇次諧波電壓總畸變率、奇次諧波電流總畸變率、偶次諧波電壓總畸變率、偶次諧波電流總畸變率；應能以柱狀圖展示2-63次諧波電壓含有率、2-63次諧波電壓含有率、0.4～63.4次間諧波電壓含有率、0.4～63.4次間諧波電流含有率；

3）電壓波動與(yu) 閃變：係統應能顯示A/B/C三相電壓波動值、A/B/C三相電壓短閃變值、A/B/C三相電壓長閃變值；應能提供A/B/C三相電壓波動曲線、短閃變曲線和長閃變曲線；應能顯示電壓偏差與(yu) 頻率偏差；

4）功率與(yu) 電能計量：係統應能顯示A/B/C三相有功功率、無功功率和視在功率；應能顯示三相總有功功率、總無功功率、總視在功率和總功率因素；應能提供有功負荷曲線，包括日有功負荷曲線（折線型）和年有功負荷曲線（折線型）；

4）電壓暫態監測：在電能質量暫態事件如電壓暫升、電壓暫降、短時中斷發生時，係統應能產(chan) 生告警，事件能以彈窗、閃爍、聲音、短信、電話等形式通知相關(guan) 人員；係統應能查看相應暫態事件發生前後的波形。

6）電能質量數據統計：係統應能顯示1min統計整2h存儲(chu) 的統計數據，包括均值、*值、*值、94%概率值、方均根值。

7）事件記錄查看功能：事件記錄應包含事件名稱、狀態（動作或返回）、波形號、越限值、故障持續時間、事件發生的時間。

圖20微電網係統電能質量界麵

5.1.12監控功能

應可以對整個(ge) 微電網係統範圍內(nei) 的設備進行遠程。控操作。係統維護人員可以通過管理係統的主界麵完成。控操作，並遵循。控預置、。控返校、。控執行的操作順序，可以及時執行調度係統或站內(nei) 相應的操作命令。

圖21監控功能

5.1.13曲線查詢

應可在曲線查詢界麵，可以直接查看各電參量曲線，包括三相電流、三相電壓、有功功率、無功功率、功率因數、SOC、SOH、充放電量變化等曲線。

圖22曲線查詢

5.1.14統計報表

具備定時抄表匯總統計功能，用戶可以自由查詢自係統正常運行以來任意時間段內(nei) 各配電節點的發電、用電、充放電情況，即該節點進線用電量與(yu) 各分支回路消耗電量的統計分析報表。對微電網與(yu) 外部係統間電能量交換進行統計分析；對係統運行的節能、收益等分析；具備對微電網供電可靠性分析，包括年停電時間、年停電次數等分析；具備對並網型微電網的並網點進行電能質量分析。

圖23統計報表

5.1.15網絡拓撲圖

係統支持實時監視接入係統的各設備的通信狀態，能夠完整的顯示整個(ge) 係統網絡結構；可在線診斷設備通信狀態，發生網絡異常時能自動在界麵上顯示故障設備或元件及其故障部位。

圖24微電網係統拓撲界麵

本界麵主要展示微電網係統拓撲，包括係統的組成內(nei) 容、電網連接方式、斷路器、表計等信息。

5.1.16通信管理

可以對整個(ge) 微電網係統範圍內(nei) 的設備通信情況進行管理、控製、數據的實時監測。係統維護人員可以通過管理係統的主程序右鍵打開通信管理程序，然後選擇通信控製啟動所有端口或某個(ge) 端口，快速查看某設備的通信和數據情況。通信應支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-4-101、IEC60870-4-103、IEC60870-4-104、MQTT等通信規約。

圖24通信管理

5.1.17用戶權限管理

應具備設置用戶權限管理功能。通過用戶權限管理能夠防止未經授權的操作（如。控操作，運行參數修改等）。可以定義(yi) 不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限，為(wei) 係統運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

圖26用戶權限

5.1.18故障錄波

應可以在係統發生故障時，自動準確地記錄故障前、後過程的各相關(guan) 電氣量的變化情況，通過對這些電氣量的分析、比較，對分析處理事故、判斷保護是否正確動作、提高電力係統安全運行水平有著重要作用。其中故障錄波共可記錄16條，每條錄波可觸發6段錄波，每次錄波可記錄故障前8個(ge) 周波、故障後4個(ge) 周波波形，總錄波時間共計46s。每個(ge) 采樣點錄波至少包含12個(ge) 模擬量、10個(ge) 開關(guan) 量波形。

圖27故障錄波

5.1.19事故追憶

可以自動記錄事故時刻前後一段時間的所有實時掃描數據，包括開關(guan) 位置、保護動作狀態、測量等，形成事故分析的數據基礎。

用戶可自定義(yi) 事故追憶的啟動事件，當每個(ge) 事件發生時，存儲(chu) 事故*10個(ge) 掃描周期及事故後10個(ge) 掃描周期的有關(guan) 點數據。啟動事件和監視的數據點可由用戶隨意修改。

6硬件及其配套產品

7結束語

本研究構建了一個(ge) 分布式智慧光伏充電站，括分布式光伏儲(chu) 能係統和充電樁智能控製

係統，以太陽能作為(wei) 基礎能源，結合物聯網和人工智能等新興(xing) 技術，構建分布式智慧光伏充電站。

【參考文獻】

【1】趙世佳，趙福全，郝瀚，等.中國新能源汽車充電基礎設施發展現狀與(yu) 應對策略[J].

【2】朱偉(wei) 鋼，林燕梅，周蕾.太陽能光伏發電在中國的應用[J].

【3】高祥宇,李慧,孫銀兵.基於(yu) Niagara的分布式智慧光伏充電站

【4】hth下载地址高校綜合能效解決(jue) 方案2022.4版.

【5】hth下载地址企業(ye) 微電網設計與(yu) 應用手冊(ce) 2022.04版.