淺談工業(yè)園區(qū)光儲充一體化方案配置

潘麗

江蘇安科瑞微電網(wǎng)研究院有限公司

摘 要:針對工業(yè)園區(qū)的供電可靠性低以及電費較高等情況，根據(jù)工業(yè)園區(qū)自身需求以及現(xiàn)有條件，本文提出來一種合理配置屋頂光伏、車棚光伏、充電樁以及儲能等設(shè)施的方案，對其主要設(shè)備進(jìn)行整合，使空間利用達(dá)到，提高園區(qū)的供電穩(wěn)定性，滿足園區(qū)的供電需求。關(guān)鍵詞:光伏 充電樁 儲能 光儲充一體化

0.引言

近年來，新能源迅速發(fā)展，并在市場占據(jù)了一定規(guī)模，近年來由于光伏發(fā)電得到了政府政策的支持，發(fā)展，但是光伏卻也給電網(wǎng)帶來了不可忽略的影響，配置新能源汽車充電站能夠起到平衡配電網(wǎng)負(fù)荷的作用，但新能源充電站規(guī)模較大，又會造成局部電網(wǎng)負(fù)荷較大的情況，光儲充一體化電站集光伏發(fā)電、充電站、儲能電站一體，既可以就地消納光伏發(fā)電，又可以減輕光伏電站與充電站單獨帶給電網(wǎng)的負(fù)面影響。工業(yè)園區(qū)擁有閑置辦公屋頂以及廣闊的工業(yè)廠房屋頂，存在用電量大且用電時段分布不均等情況，而且工業(yè)園附近聚集著大量新能源車輛，有著建設(shè)光儲充項目的天然優(yōu)勢條件，光儲充電站可以根據(jù)園區(qū)需要與配電網(wǎng)靈活互動，從而達(dá)到靈活性、經(jīng)濟性、維護(hù)檢修簡便性，實現(xiàn)發(fā)電與供電基本平衡。

1.系統(tǒng)組成

1.1 必要性分析

工業(yè)園區(qū)光儲充一體化電站主要由光伏發(fā)電系統(tǒng)、汽車充電樁、儲能系統(tǒng)、市電和能量管理系統(tǒng)組成。系統(tǒng)構(gòu)架圖1所示：

圖1 系統(tǒng)構(gòu)架圖

1.2 光伏配置方案

屋頂分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)是光伏系統(tǒng)與建筑屋面結(jié)合見的一種，是方案集成的是BAPV的高級形式，光伏組件不僅滿足光伏發(fā)電的功能要求，同時還要兼顧建筑物的基本功能要求，更能對建筑物起到隔熱保溫的作用。

園區(qū)光伏電站一般為屋頂光伏和車棚光伏，限制于園區(qū)內(nèi)部，建設(shè)面積一般較小，組件選用高效單晶Perc組件，逆變器選用組串式逆變器，以提高光伏發(fā)電效率，根據(jù)項目實際情況選擇配置匯流箱以及其它配電設(shè)備。

1.3 充電樁配置方案

工業(yè)園區(qū)充電樁需具備集功率變換、充電控制、人機交互控制、通訊、計費計量等于一體，具有良好的防塵、防水功能，還可靈活適應(yīng)室內(nèi)、室外運營維護(hù)。充電樁的功率轉(zhuǎn)換單元遵循電源模塊化設(shè)計原則滿足多種類型的車輛充電。充電樁還需具備多重保護(hù)功能，輸入輸出具備雙重安全保護(hù)措施，充電時可實時監(jiān)測充電電纜的連接狀態(tài)、連接異常時立即停止充電，確保充電過程中的人身和車輛安全。人性化的界面顯示和控制引導(dǎo)功能，讓客戶方便快速完成充電過程，對外提供CAN、以太網(wǎng)等多種通信接口，與監(jiān)控中心、運營管理中心實時通信，實時監(jiān)測充電樁運行狀態(tài)。

充電站還可以根據(jù)實際情況配置光伏車棚以及洗車間以及休息室以及汽車維修處來提高充電站。

4.4 儲能配置方案

儲能系統(tǒng)由儲能電池（含儲能電池和電池管理系統(tǒng)）、消防系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等主要組件構(gòu)成。

儲能電池一般選用磷酸鐵鋰電池（LFP），具備比能量高、循環(huán)壽命長、成本低、性價比高、可大電流充放電、耐高溫、高能量密度、無記憶、安全無污染等特點。

另外配套儲能雙向變流器（PCS）以及直流匯流柜以及BMS等設(shè)備，園區(qū)可利用空間較小，儲能系統(tǒng)一般選用集成在幾個儲能集裝箱內(nèi)。

2.接入方案

工業(yè)園區(qū)光儲充電站配置專門的變壓器，根據(jù)充電樁的實際容量配置合理的變壓器型號和數(shù)量，光伏系統(tǒng)、充電站以及儲能系統(tǒng)均接入專變的低壓側(cè)，變壓器變壓后經(jīng)環(huán)網(wǎng)柜接入工業(yè)園區(qū)10kV母線側(cè)，并在環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)加裝總計量裝置以便于費用結(jié)算。下圖為一般工業(yè)園區(qū)光儲充一體化電站電氣一次接線圖。

圖2 光儲充一體化電站電氣一次接線圖

2.1能量管理系統(tǒng)的建設(shè)方案

光儲充一體化電站需要能量管理系統(tǒng)對能源數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、管理、分析，對光儲充電站進(jìn)行分散控制和集中管理、優(yōu)化能源調(diào)度和平衡指揮系統(tǒng)，采用SCADA/EMS/DMS技術(shù)，從而實現(xiàn)對光伏出力管理、充電樁調(diào)度以及儲能系統(tǒng)充放電管理。能量管理系統(tǒng)常用模式有固定充放時段模式、計劃曲線模式以及負(fù)荷跟蹤模式。

2.2運行策略

白天，當(dāng)光伏容量較小充電樁容量較大時，光伏優(yōu)先為充電樁供電，一般情況不會出現(xiàn)余電，再利用儲能設(shè)備提前儲備好的市電進(jìn)行供電；當(dāng)光伏容量較大充電樁容量較小時，光伏優(yōu)先為充電樁供電，當(dāng)出現(xiàn)余電時，給儲能充電；儲能充滿后，最后余電上網(wǎng)。儲能系統(tǒng)可以根據(jù)現(xiàn)場實際需求以及當(dāng)?shù)胤骞入妰r進(jìn)行“一充一放”以及“兩充兩放模式”。儲能系統(tǒng)正常情況下并網(wǎng)運行，電網(wǎng)停電時可離網(wǎng)運行，主要作用為備用電源，兼顧削峰填谷功能。

3.安科瑞微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)解決方案

Acrel-2000MG微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)能夠?qū)ξ㈦娋W(wǎng)的源、網(wǎng)、荷、儲能系統(tǒng)、充電負(fù)荷進(jìn)行實時監(jiān)控、診斷告警、全景分析、有序管理和控制，滿足微電網(wǎng)運行監(jiān)視化、安全分析智能化、調(diào)整控制前瞻化、全景分析動態(tài)化的需求，完成不同目標(biāo)下光儲充資源之間的靈活互動與經(jīng)濟優(yōu)化運行，實現(xiàn)能源效益、經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。

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)荷情況，體現(xiàn)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、告警信息、收益、環(huán)境等。

儲能監(jiān)控

系統(tǒng)綜合數(shù)據(jù)：電參量數(shù)據(jù)、充放電量數(shù)據(jù)、節(jié)能減排數(shù)據(jù)；

運行模式：峰谷模式、計劃曲線、需量控制等；

統(tǒng)計電量、收益等數(shù)據(jù)；

儲能系統(tǒng)功率曲線、充放電量對比圖，實時掌握儲能系統(tǒng)的整體運行水平。

光伏監(jiān)控

光伏系統(tǒng)總出力情況

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，識別低效發(fā)電電站；

發(fā)電收益統(tǒng)計(補貼收益、并網(wǎng)收益)

輻照度/風(fēng)力/環(huán)境溫濕度監(jiān)測

并網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測及分析

光伏預(yù)測

以海量發(fā)電和環(huán)境數(shù)據(jù)為根源，以高精度數(shù)值氣象預(yù)報為基礎(chǔ)，采用多維度同構(gòu)異質(zhì)BP、LSTM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)光功率預(yù)測方法。

時間分辨率：15min

超短期未來4h預(yù)測精度＞90%

短期未來72h預(yù)測精度＞80%

短期光伏功率預(yù)測

超短期光伏功率預(yù)測

數(shù)值天氣預(yù)報管理

誤差統(tǒng)計計算

實時數(shù)據(jù)管理

歷史數(shù)據(jù)管理

光伏功率預(yù)測數(shù)據(jù)人機界面

充電樁系統(tǒng)

實時監(jiān)測充電系統(tǒng)的充電電壓、電流、功率及各充電樁運行狀態(tài)；

統(tǒng)計各充電樁充電量、電費等；

針對異常信息進(jìn)行故障告警；

根據(jù)用電負(fù)荷柔性調(diào)節(jié)充電功率。

電能質(zhì)量

對整個系統(tǒng)范圍內(nèi)的電能質(zhì)量和電能可靠性狀況進(jìn)行持續(xù)性的監(jiān)測。如電壓諧波、電壓閃變、電壓不平衡等穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)和電壓暫升/暫降、電壓中斷暫態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測分析及錄波展示，并對電壓、電流瞬變進(jìn)行監(jiān)測。

4.設(shè)備選型

除了微電網(wǎng)能量管理平臺外，還具備現(xiàn)場傳感器、智能網(wǎng)關(guān)等設(shè)備，組成了完整的“云-邊-端”能源數(shù)字化體系，具體包括高低壓配電綜合保護(hù)和監(jiān)測產(chǎn)品、電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置、電能質(zhì)量治理、照明控制、充電樁、電氣消防類解決方案等，可以為虛擬電廠企業(yè)級的能源管理系統(tǒng)提供一站式服務(wù)能力。

4.結(jié)語

本文提出一種園區(qū)光儲充配置方案，包括光伏組件、逆變器、充電樁的選型、儲能電池和PCS的選型以及系統(tǒng)接入方案的確定和能量管理模式。園區(qū)建設(shè)光儲充電站能夠提高園區(qū)的電能質(zhì)量，對單一的光伏電站和充電站的不利影響進(jìn)行了補充，光儲充一體化電站不僅僅適用于園區(qū)等用戶側(cè)，還可以應(yīng)用到配網(wǎng)側(cè)。光儲充一體化電站必定會成為配電網(wǎng)中的重要組成部分。