艾尚体育:分布式智慧光伏充电站的方案应用与产品选型

  在“双碳”目标及电动车迅猛发展的背景下，为解决电动车充电问题，同时进行能源优化，以太阳能作为基础能源，结合物联网和人工智能等新兴技术，构建分布式智慧光伏充电站。基于安科瑞公司分布式智慧光伏充电站物联网平台，结合云服务和人工智能技术实现分布式集成管理，平台可实时采集各种数据，并根据采集的数据尧光伏发电预测数据及用户用电预测数据来进行系统层面的优化调度，实现蓄电池的充放电智能动态管理。分布式智慧光伏充电站可显著提高系统的管理上的水准，充分的利用光伏发电，降低运行的成本，实现系统整体节能降耗。

  自2020年9月中国提出实现碳达峰尧碳中和的宏伟目标以来，我国的能源发展重心已明确转向构建清洁低碳能源体系。与此同时，物联网技术的快速的提升为基础设施建设提供了强有力的支持。电动车作为清洁能源交通的未来方向，其发展受到了广泛的关注。然而，电动车充电基础设施的不足和充电基础设施与新能源及物联网等的融合不足，成为当前电动车产业面临的主要挑战。

  国内研究已精确指出，电动车充电基础设施的不足已成为制约电动车发展的一个主要的因素。近年来，中国在光伏技术领域取得了显著进步，已经展开了光伏系统在能源领域的应用研究，但充电站的整合仍需进一步探索。同时，国内学者也开始研究怎么样将物联网技术应用于能源管理，以实现对能源系统的智能监测和控制。

  在国际领域，一些光伏电动车充电站项目已经涌现。同时，物联网技术在能源领域的应用已取得了显著成果，例如实时监测能源系统并来管理以提高效率尧增强安全性。

  分布式智慧光伏充电站位于山东建筑大学校内，包括分布式光伏储能系统和充电桩智能控制管理系统两个子系统，其系统结构如图1所示。

  分布式光伏储能系统采用了36块峰值输出功率为430W的单晶硅PV光伏板尧3台功率为4KW的储能逆变器尧3块48V100AH的磷酸铁锂蓄电池以及其它配件设备组成。在总系统中，PV光伏板以两两串联的方式，形成了18个并联的PV光伏板单元，每6个单元渊12块PV光伏板冤与一个储能逆变器连接形成一个光伏板组，以分布式方式来进行布置。此外，系统中的蓄电池作为储能单元被并联到各储能逆变器的后端。同时，本实验装置选用的HFP48储能逆变器的太阳能光伏发电模块，使用了新优化的MPPT追踪技术，能快速定位到光伏阵的大功率点，实时获取PV光伏板的大能。

  在分布式智慧光伏充电站的架构中，充电桩智能控制管理系统扮演了一个不可或缺的角色，其主要职责包括整合尧管理及指导充电系统的运作。旨在确保系统能适应多变的环境条件与不同的客户的真实需求。结合系统设定，每组储能逆变器渊容量为4KW冤连接12块峰值输出功率为430W的单晶硅PV光伏板。鉴于电瓶车充电器的功率大致在300W左右，每组储能逆变器配备7个充电终端节点，每个节点配置2个充电插头，以确保充足的充电能力。采纳将7个充电终端设备分为一组的策略，不仅增强了系统的模块化和灵活性，同时也为系统未来的扩展或维护提供了便利。这些充电终端通过RS484接口相互连接，确保了数据传输的高速与稳定。同时，每个充电终端都装备了高精度的传感器，它们能对充电过程中的各种参数进行实时监测，如充电桩的温度尧电压尧电流以及充电状态等。这些关键参数数据不仅对于确保充电效率至关重要，还有助于预防和立即处理也许会出现的异常情况。

  物联网作为一种物物相联的互联网形式，拥有全面感知尧可靠传递和智能处理等显著特征，能够将传感技术与智能技术相互融合，同时充分的利用云计算尧数据挖掘尧神经网络等智能技术，满足多样化的客户的真实需求。本文研究搭建的分布式智慧光伏充电站系统，是一个采用物联网技术的3层结构智能网络。物联网网络拓扑结构如图2所示。

  在该网络拓扑结构中，主要用到Modbus有线通信技术,MQTT云通信技术和数据透传技术。

  在感知层的构建中，系统采用了Modbus协议配合RS484接口来实现各传感器和设备间的有线通信。Modbus协议因其稳定性和高度的兼容性，在工业通讯领域被广泛认可。通过这一种方式,确保了包括储能逆变器、蓄电池组、火灾报警器、智能充电桩等在内的多种设备，可以在一定程度上完成安全、准确的信息交换。

  由于管理平台距离充电桩较远，因此系统的网络层采用了MQTT协议以及4G数据帧透传。MQTT是一种轻量级的消息传输协议，适用于物联网环境中带宽有限的设备。在本系统中，MQTT用于将储能逆变器和小型气象站收集的数据通过无线数据终端上传至平台，这一些数据包括光伏发电量、能源存储水平、温度等。此外，智能充电桩的数据使用RS484总线进行数据汇总，终通过远程终端单元进行数据帧透传至平台，以支持实时的远程监控和控制。

  Acrel-2000MG微电网能量管理系统，是我司根据新型电力系统下微电网监控系统与微电网能量管理系统的要求，总结国内外的研究和生产的经验，专门研制出的企业微电网能量管理系统。本系统满足光伏系统、风力发电、储能系统和充电站的接入，*进行数据采集分析，直接监视光伏、风能、储能系统、充电站运作时的状态及健康情况，是一个集监控系统、能量管理为一体的管理系统。该系统在安全稳定的基础上以经济优化运行为目标，促进可再次生产的能源应用，提高电网运行稳定性、补偿负荷波动；有效实现用户侧的需求管理、消除昼夜峰谷差、平滑负荷，提高电力设备正常运行效率、降低供电成本。为企业微电网能量管理提供安全、可靠、经济运行提供了全新的解决方案。

  微电网能量管理系统应采用分层分布式结构，整个能量管理系统在物理上分为三个层：设备层、网络通信层和站控层。站级通信网络采用标准以太网及TCP/IP通信协议，物理媒介可以为光纤、网线、屏蔽双绞线等。系统支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-4-101、IEC60870-4-103、IEC60870-4-104、MQTT等通信规约。

  系统可应用于城市、高速公路、工业园区、工商业区、居民区、智能建筑、海岛、无电地区可再次生产的能源系统监控和能量管理需求。

  本平台采用分层分布式结构进行设计，即站控层、网络层和设备层，详细拓扑结构如下：

  微电网能量管理系统人机界面友好，应能够以系统一次电气图的形式直观显示各电气回路的运作时的状态，实时监测光伏、风电、储能、充电站等各回路电压、电流、功率、功率因数等电参数信息，动态监视各回路断路器、隔离开关等合、分闸状态及有关故障、告警等信号。其中，各子系统回路电参量主要有：相电压、线电压、三相电流、有功/无功功率、视在功率、功率因数、频率、有功/无功电度、频率和正向有功电能累计值；状态参数主要有：开关状态、断路器故障脱扣告警等。

  系统应可以对分布式电源、储能系统来进行发电管理，使管理人员实时掌握发电单元的出力信息、收益信息、储能荷电状态及发电单元与储能单元运行功率设置等。

  系统应可以对储能系统进行状态管理，可以依据储能系统的荷电状态进行及时告警，并支持定期的电池维护。

  微电网能量管理系统的监控系统界面包括系统主界面，包含微电网光伏、风电、储能、充电站及总体负荷组成情况，包括收益信息、天气信息、节能减排信息、功率信息、电量信息、电压电流情况等。根据不同的需求，也可将充电，储能及光伏系统信息进行显示。

  子界面最重要的包含系统主接线图、光伏信息、风电信息、储能信息、充电站信息、通讯状况及一些统计列表等。

  本界面用来展示对光伏系统信息，最重要的包含逆变器直流侧、交流侧运作时的状态监测及报警、逆变器及电站发电量统计及分析、并网柜电力监测及发电量统计、电站发电量年有效利用小时数统计、发电收益统计、碳减排统计、辐照度/风力/环境温湿度监测、发电功率模拟及效率分析；同时对系统的总功率、电压电流及各个逆变器的运行数据来进行展示。

  本界面主要用来展示本系统的储能装机容量、储能当前充放电量、收益、SOC变化曲线以及电量变化曲线储能系统PCS参数设置界面

  本界面主要用来展示对PCS的参数进行设置，包括开关机、运行模式、功率设定以及电压、电流的限值。

  本界面用来展示对BMS的参数进行设置，最重要的包含电芯电压、温度保护限值、电池组电压、电流、温度限值等。

  本界面用来展示对PCS电网侧数据，最重要的包含相电压、电流、功率、频率、功率因数等。

  本界面用来展示对PCS交流侧数据，最重要的包含相电压、电流、功率、频率、功率因数、温度值等。同时针对交流侧的异常信息进行告警。

  本界面用来展示对PCS直流侧数据，最重要的包含电压、电流、功率、电量等。同时针对直流侧的异常信息进行告警。

  本界面用来展示对PCS状态信息，最重要的包含通讯状态、运作时的状态、STS运作时的状态及STS故障告警等。

  本界面用来展示对BMS状态信息，最重要的包含储能电池的运作时的状态、系统信息、数据信息以及告警信息等，同时展示当前储能电池的SOC信息。

  本界面用来展示对电池簇信息，最重要的包含储能各模组的电芯电压与温度，并展示当前电芯的电压、温度值及所对应的位置。

  本界面用来展示对风电系统信息，最重要的包含逆变控制一体机直流侧、交流侧运作时的状态监测及报警、逆变器及电站发电量统计及分析、电站发电量年有效利用小时数统计、发电收益统计、碳减排统计、风速/风力/环境温湿度监测、发电功率模拟及效率分析；同时对系统的总功率、电压电流及各个逆变器的运行数据来进行展示。

  本界面用来展示对充电站系统信息，最重要的包含充电站用电总功率、交直流充电站的功率、电量、电量费用，变化曲线、各个充电站的运行数据等。

  本界面主要展示系统所接入的视频画面，且通过不同的配置，实现预览、回放、管理与控制等。

  2）谐波分析功能：系统应能实时显示A/B/C三相电压总谐波畸变率、A/B/C三相电流总谐波畸变率、奇次谐波电压总畸变率、奇次谐波电流总畸变率、偶次谐波电压总畸变率、偶次谐波电流总畸变率；应能以柱状图展示2-63次谐波电压含有率、2-63次谐波电压含有率、0.4～63.4次间谐波电压含有率、0.4～63.4次间谐波电流含有率；

  4）功率与电能计量：系统应能显示A/B/C三相有功功率、无功功率和视在功率；应能显示三相总有功功率、总无功功率、总视在功率和总功率因素；应能提供有功负荷曲线，包括日有功负荷曲线（折线型）和年有功负荷曲线）电压暂态监测：在电能质量暂态事件如电压暂升、电压暂降、短时中断发生时，系统应能产生告警，事件能以弹窗、闪烁、声音、****、电话等形式通知有关人员；系统应能查看相应暂态事件发生前后的波形。

  应可以对整个微电网系统范围内的设备做远程。控操作。系统维护人能通过管理系统的主界面完成。控操作，并遵循。控预置、。控返校、。控执行的操作顺序，可以及时执行调度系统或站内相应的操作命令。

  应可在曲线查询界面，可以直接查看各电参量曲线，包括三相电流、三相电压、有功功率、无功功率、功率因数、SOC、SOH、充放电量变化等曲线曲线统计报表

  具备定时抄表汇总统计功能，用户可以自由查询自系统正常运行以来任意时间段内各配电节点的发电、用电、充放电情况，即该节点进线用电量与各分支回路消耗电量的统计分析报表。对微电网与外部系统间电能量交换进行统计分析；对系统运行的节能、收益等分析；具备对微电网供电可靠性分析，包括年停电时间、年停电次数等分析；具备对并网型微电网的并网点进行电能质量分析。

  可以对整个微电网系统范围内的设备通信情况进行管理、控制、数据的实时监测。系统维护人员能够最终靠管理系统的主程序右键打开通信管理程序，进而选择通信控制启动所有端口或某个端口，快速查看某设备的通信和数据情况。通信应支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-4-101、IEC60870-4-103、IEC60870-4-104、MQTT等通信规约。

  应可以在系统出现故障时，自动准确地记录故障前、后过程的各相关电气量的变动情况，通过对这些电气量的分析、比较，对分析处理事故、判断保护是不是正确动作、提高电力系统安全运行水平有着及其重要的作用。其中故障录波共可记录16条，每条录波可触发6段录波，每次录波可记录故障前8个周波、故障后4个周波波形，总录波时间共计46s。每个采样点录波至少包含12个模拟量、10个开关量波形。

  本研究构建了一个分布式智慧光伏充电站，括分布式光伏储能系统和充电桩智能控制

  系统，以太阳能作为基础能源，结合物联网和人工智能等新兴技术，构建分布式智慧光伏充电站。

  吴春红，女，现任职于安科瑞电气股份有限公司，主要是做宿舍安全用电研究发展。手机：；邮箱

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