在倡导低碳出行的现今社会，电动汽车获得越来越多消费者的青睐，展示了广阔的前景。电动汽车的发展和普及依赖于充电配套设施的完善，而建设充电站当前又面临着大功率用电需求与配电容量不足、充电站的用电高峰期与工商业负荷用电高峰期重叠等问题。深圳新恒业电气有限公司推出的光储充一体化电站解决方案可以覆盖各种大中型电动汽车充电站的应用需求。
（本文来源：新恒业科技 微信号）
1.光储充微网系统
基于光伏发电、储能系统，直流充电桩、楼宇直流照明等负载，构建光储充微网系统，根据负载情况实现交直流协同互补。光储充微网系统总体架构如下图。
1.1光储充微网系统介绍
光储充一体化电站解决方案可以解决充电站配电容量不足的问题，可以利用夜间低谷电价进行储能，在充电高峰期通过储能和市电一起为充电站供电，满足高峰期用电需求，既实现了削峰填谷，又节省了配电增容费用;增加了新能源的消纳，弥补了太阳能发电不连续性的不足，是一种可持续发展的能源利用方式。
光储充一体化电站解决方案采用了直流母线供电的架构，直流母线主要为直流桩提供充电电能，通过DC/DC充电模块将直流母线上的直流电变换为与新能源汽车充电的匹配电压范围。直流母线电能可来源于电网、光伏发电系统与储能系统，分别采用AC/DC双向变流器、光伏MPPT控制器、DC/DC双向变流器进行电能变换。
本方案中DC/DC充电模块的散热采用风道隔离技术，相比采用传统充电模块直通风散热模块设计(防尘防潮能力差，故障率高)，产品环境适应能力更强，防护等级高，可靠性更好。
本方案中充电、储能与光伏发电共用直流母线，光伏发出的电直接用于储能和电动汽车充电，储能放出的电直接用于电动汽车充电，减少了电能变换环节，提高了系统效率。
1.2光储充系统配置表
1.3光储充系统布置图
光伏发电系统安装于楼顶，双向变流器、DC/DC储能变流器、储能电池柜均安装于设备间内，充电桩安装于地下停车场内，实际布置图将根据最终确定方案和场地进行实际布置变更。
2 光伏发电系统
本项目光伏发电系统规模为100kW, 为自发自用光伏发电系统。光伏发电可直接供电动汽车充电和教室直流照明用，当光伏发电有剩余时，可启动储能将光伏发电存储起来，在负载大于光伏输出功率或者光伏发电的功率小于负载需求时，启动储能给负载供电。当光伏发电有剩余且储能电池已经充满时，光伏发电还可以通过双向变流器向低压配电端的交流负载供电。为了满足直流负荷应用以及项目的示范意义，将光伏发电接入直流母线。根据陕西地区光伏发电的平均日照时数及选定的光伏组件参数计算，大约需要的楼顶面积约1000平米，楼面承重大于200Kg/m2。
2.1光伏阵列
拟选用多晶硅太阳能电池组件310W，在充电站屋面上搭建轻型钢架，使钢架的上表面水平，在钢架上再架设檩条，在檩条上安装三角支架和光伏板。光伏组件按照有利于发电的最佳倾角26°倾斜安装，峰值日照时数3.57h/day，在这一倾角的斜面上年太阳辐射量约1295.85kWh/m2，即4665MJ/m2。光伏组件每排的前后间距预留2米，防止产生阴影遮挡。
本项目共在平面屋顶安装352块310W单晶硅组件，总功率99.2kW，采用20块组件串联的方式，总共16路组串，接入一台MPPT控制器。标称工况下，最大功率点工作电压664V，开路电压806V，峰值功率电流9.35A，最大短路电流9.98A。西安地区极限低温-25℃情况下，最大开路电压为921V，满足1000V耐压限值。组件布置图见附件-西交大组件排布及电气一次图20180915。
由于目前光伏阵列自动追踪系统在可靠性和运行维护上面还存在诸多不足之处，并且大量的运行数据表明其对光伏电站的效率提升效果尚不明显，另一方面，采用光伏阵列自动追踪系统后，屋顶实际可安放的光伏组件数量有所降低，对屋顶的承重和抗风安全等级要求也要提高，因此本项目拟采用固定式光伏组件支架，不考虑采用光伏阵列自动追踪系统。
单晶硅光伏组件技术参数
光伏板尺寸与间距
光伏系统接线图
2.2光伏MPPT控制器
选用1台额定容量100kVA的光伏MPPT控制器，工作电压范围300-774V。光伏逆变器需与光伏阵列的输出电压匹配，并在该电压范围内具备最大功率跟踪功能。另外，光伏逆变器还具备直流错极性保护、交流短路保护、接地故障监测、电网监测、内置全极感应漏电电流监测等功能，并支持RS485接口。逆变器自带的显示单元可显示太阳能电池方阵电压、电流，逆变器输出电压、电流、功率，累计发电量、运行状态、异常报警等各项电气参数。具有标准电气通讯接口，可实现远程监控。
光伏MPPT控制器电气参数
2.3 直流汇流箱
光伏防雷汇流箱原理示意图
直流汇流箱采用5进1出，共4个，就近悬挂布置在光伏阵列支架上，并满足以下技术条件：防护等级IP65;具有完善保护功能，内置直流防雷模块、专用直流断路器、专用熔断器;可根据要求加装检测、通信模块单元，可实现智能采集、远程监控、故障定位，可选配RS485通信接口;系统需具备直流和交流防雷措施，并保证所有机柜的良好接地。
2.4防雷接地
每块光伏板的铝合金边框用黄绿接地线与钢支架连接，用φ10镀锌圆钢沿光伏阵列四周与钢支架焊接形成环路避雷接地网，并与屋面原有接地网可靠连接，接地电阻不大于1欧姆。
2.5配电计量
屋顶光伏配置一个防雷配电柜，以计量光伏电站的发电量等信息。
3.储能系统
储能系统是系统的重要部分，它由磷酸铁锂电池、总控制器单元、锂电池管理系统单元、系统组端控制和管理单元组成。磷酸铁锂电池具有较高的安全性，电池不会因过充、过放、温度过高、短路、撞击而产生爆炸或燃烧。同时项目采用的磷酸铁锂电池为绿色环保电池，不含任何重金属与稀有金属，无毒(CE认证通过)、无污染，符合中国ROHS规定。电池模块内各电池之间的内阻最大值与最小值的差值应满足以下条件：10mΩ以下的，偏差绝对值不超过0.5mΩ，10mΩ以上的不超过平均值的5%。
3.1储能电池
系统由一组30kWh的储能子系统组成，额定总容量32.6kWh，采用204节50AH的锂电池组成，204×3.2×50=32.6kWh;储能系统转换效率92%左右，系统实际功率为32.6kWh×0.92=30kWh。
储能系统主要由三个部分组成，磷酸铁锂电池作为储能单元，带主动无损均衡的BMS电池管理系统(均衡电流1～3A)，专业的DC/DC储能变流器，直接挂接到直流母线端。
锂电池储能系统接入直流母线，能量管理系统根据供电峰谷特性，在谷段对电池进行充电，将多余电能储存起来，在峰段将能量回馈到直流母线供直流充电桩、教室直流照明负载用电，还可以平滑光伏发电的波动性。
电池管理系统BMS将电池信息传给储能变流器，储能变流器根据BMS指令对电池进行充放电，并接受能量管理系统下发的指令实现充放电控制。BMS主控单元和BMS采集均衡单元之间通过RS485或CAN通信。主控单元实现对电池信息的实时采集和运算，并将信息上传给主控单元统一管理，由主控单元实现对储能变流器的数据传输和对整个BMS的控制。
3.2DC/DC储能变流器
EVD80060I是一款专门针对分组式电池储能开发的DC/DC储能变流器(可根据需要扩展为两个30kW单元)，非常便于退役电池的梯次利用。电动汽车上退役下来的不同容量配置的电池包通过合适的DC/DC双向变流器直接接入直流母线，不同的DC/DC双向变流器的进行独立控制，不同种类、不同品牌、不同容量配置的退役电池包都可以接入统一储能系统，还可以实现新旧电池包混用，这大大提高了退役梯次电池直接利用的方便性，大大提高了退役梯次电池利用的经济性。
DC/DC储能变流器电气参数
3.3电池管理系统BMS
电池管理系统BMS实现单体电池电压、温度，电池组端电压、电流等的高精度采集，实现锂电池组的均衡管理，实现电池容量和状态的计算和诊断。电池管理系统主要有以下设备单元组成：充/放电保护单元、储能电池管理模块、采集模块、储能系统管理单元。每个电池系统单元均应能够独立地按中央控制系统的控制指令在PCS的配合下完成电池系统容量标定、SOC标定、BMS运行参数设定、电池组接入/退出运行等功能。系统所具备的电池管理功能包括：模拟量测量、电池系统运行报警、自诊断、电池均衡、运行参数设定、运行状态显示和历史数据记录等。其主要技术指标为：
BMS参数
4.充电系统
充电系统主要由充电设备与监控云平台组成。充电设备为120kW DC/DC直流双枪充电机，该直流充电机是一种将计费系统、配电系统、监控系统等全部集成在一起的智能化快速充电机，具有人机交互、刷卡、扫码、计费、监控与通信等主要功能。适用于各种电动汽车充电解决方案，满足不同车型的充电需求。充电操作方便，模块化设计易维护，支持远程管理和移动支付，并具有多重保护功能，满足各种环境以及运营需求。
产品主要特点
1.可靠性高
采用新一代充电模块，使用大功率IGBT模块和风道隔离的散热方案，提高了系统可靠性。
2.效率高
采用单级DC/DC变换，系统效率高达98%，更省电。
3.智能化充电
支持一机多充、轮循充电、功率智能动态分配充电等多种模式;支持智慧能量管理系统的调度，可实时根据配电端负荷波动和实时电价情况来调整充电桩的充电策略，实现柔性充电，保障了用电可靠性和充电的经济性，降低了运营成本。
技术参数
充电云平台提供以充电业务为核心，串联充电设施采购、建站运营、售后维护、停车管理、分时租赁、整车销售、保险服务、周边商场等业务线，满足企业多元化需求，促进生态圈企业融合共生，放大整体价值，助力企业持续发展。
1、能量管理。通过对配电网内的发电设备和用电负荷进行实时监测，结合电价和充电需求，进行智能充电控制。
2.设备状态监测。通过各种先进的传感技术、数字化技术、嵌入式计算机技术、广域分布的通信技术、在线监测技术以及故障诊断技术实现各充电站设备运行状态的实时感知、监视、分析、预测、故障诊断和评估。变计划检修为状态检修，提高设备的利用率。
3.客户端手机APP。客户端手机APP可以接入智慧云平台，实现客户与智慧云平台的互联互通，实现充电桩搜索、充电引导、账户查询等功能。
4.大数据分析。通过智慧云平台，连接并管理充电站、充电网络、储能与光伏站，利用大数据分析了解充电需求，进行充电网络的规划。
5.双向变流器
本项目配置了一台125kW双向变流器，交流侧为三相四线制。产品采用三电平模块化设计，输出谐波小，效率高，设备体积小，易于运输和维护。
双向变流器支持并网和孤网运行模式。并网运行时可按照四象限独立控制有功和无功，实现对波动性间歇性电源输出功率的平抑，满足调度和稳定要求。孤网运行时，可为孤网内的负荷提供稳定的电压和频率，并可防止过功率放电。
双向逆变器具备完备的保护功能，在各种故障情况下能保护变流器的安全。具备完善的自检功能，能对其二次控制回路的开入、开出、CPU进行自检，对三相电网电压相序等外部电流量进行检查，以防止硬件损坏、接线错误等引起的工作异常。
双向逆变器具有的保护功能包括：IGBT模块过流保护、直流母线过压保护、直流过/欠压保护、直流过流保护、输入反接保护、短路保护、交流过/欠压保护、交流过/欠频保护、交流过流保护、相序反接保护、过载保护、过温保护和三相不平衡保护等。
125kW双向变流器电气参数
6光储充微网能量管理系统
光储充微网能量监控系统(ESMS)对微网系统中所有发电、充电、变流器、储能等设备、以及相关的环境、告警传感器等进行集中监控和管理。ESMS监控系统，通过智能化数据采集及传输模块进行设备信息、传感器状态等的采集;与此同时，ESMS监控系统软件还可实现设备告警的及时短信、微信通知功能，以便客户及时处理相关故障。用户可以通过WEB浏览器在网络内随时、随地进行设备信息的查看。
光储充微网能量监控系统采用BS架构，具体的监控网络拓扑图如下：
为了保证能量系统信息展示的直观性，界面的美观性，监控页面采用图片+设备信息的数据可视化技术进行展示，保证界面的友好、直观，又可通过数据展示具体信息。整个界面分为设备信息展示、系统能量流图、统计信息展示三个区域，下图为示意的区域划分说明图。
光储充微网能量监控系统主要功能介绍：
1) 微电网整体运行状况、运行数据的检测
2) 光伏设备、储能设备、充电桩等设备运行数据和状态的检测
3) 能量系统当前能量流动信息展示
4) 故障管理
5) 电能耗费、新能源使用、节能数据等的统计、分析
6) 用户管理、权限管理
7) 重要告警短信、微信推送管理等
光储充能量监控系统主要特点介绍如下：
1) 软件模块化设计、扩展柔性
2) 页面数据可视化技术
>>实时数据的数据展示&图形化数据展示
>>更直观
>>数据可视化时间长度可选
3) 权限管理
>>多用户管理
>> 不同角色用户的权限管理
>> 不同用户管理设备的分配等
4) 安装使用维护简单
>> 基于IP网、标准网线连接、WEB远程访问、集中管理
>>可自动和采集及传输模块进行连接和管理
5) 具有强大的接入能力
>> 整个光储充电站的运行状态、电压、电流、温度、相关管理机房安全信息(烟、门、水、红外等)的监控等都可涵盖。
6) 使得监控系统只占用一个IP地址，节省网络资源，也使得监控系统更简单，更易操作，更人性化。
为助力中国储能产业发展，同时推动储能在分布式能源领域的商业化应用，北极星电力网、北极星储能网联合中关村储能产业技术联盟于2018年10月26日举办“2018中国分布式储能峰会”。大会将开展丰富多样的主题演讲、项目对接、商务洽谈等活动。报名请联系：任女士18713515424;张女士13191816562。
原标题：一种光储充微网项目设计方案
