光储充一体化电站：如何用技术撬动千亿市场？

摘要：随着电动汽车数量的激增，城市充电基础设施的建设面临着前所未有的挑战与机遇。新能源光储充一体化电站作为一种集光伏发电、储能与充电技术于一体的综合性能源系统，正逐渐成为解决电动汽车充电问题、优化电网运行、促进可再生能源高效利用的重要途径。本文就此阐述了新能源光储充一体化电站的现状，分析了其关键技术存在难点及对策，旨在为相关领域的研究和实践提供有益的参考和借鉴。

关键词：新能源；光储充一体化；电站建设；关键技术

1 新能源光储充一体化电站概述

1.1 新能源光储充一体化电站系统

在能源技术领域中，“光储充”这一术语精准地概括了三种核心功能：“光”代表光伏发电技术；“储”则指的是电能储存系统及其配套设备；“充”是为电动汽车等移动设备提供电力补给的交直流充电桩。光储充一体化概念，实质上是一个集成了上述三项功能、配套设备及必要监控与保护机制的小型自给自足能源系统。因此，光储充一体化电站是基于这种小型自我供电系统构建的，其核心目标是为电动汽车提供高效、可靠的充电服务。

光储充一体化充电站相较于传统充电站有着诸多优势。首先，在能源来源与利用方面，光储充一体化充电站依托于光伏发电技术，实现了可再生能源的直接转化与应用，同时结合储能系统，有效储存余电并在需要时释放，不仅提升了能源利用效率，降低充电成本，还减少了对电网的依赖，降低了因电网负荷波动带来的不确定性。其次，光储充一体化充电站以其零排放或低排放的特性，降低了对环境的污染，为应对全球气候变化做出了积极贡献。再者，光储充一体化充电站在对电网的影响上也表现出色。通过储能系统的调节作用，该类型充电站能够平滑电力需求曲线，减少对电网的瞬间高负荷需求，从而降低电网的运行压力和风险。所以，目前非常有必要建设数量更多的光储充一体化充电站。

1.2 新能源光储充一体化电站分类

新能源光储充一体化电站主要分为两类。

（1）电动汽车型光储充一体化电站主要面向电动汽车的充电需求，集光伏发电、储能、充电于一体，为电动汽车提供绿色、便捷、高效的充电服务。这类电站通常建设在公共充电区域，如商业综合体、旅游景区、公共服务机构等人流量较大的区域附近，以及公交枢纽、道路客运站、物流货运站等商用车和日均充电量大的车辆集中区域。它们不仅能够满足电动汽车的充电需求，还能通过光伏发电和储能系统的结合，实现能源的高效利用和绿色排放，降低对电网的依赖和负荷压力。

（2）户用型光储充一体化电站则主要面向家庭用户，将光伏发电、储能和电动汽车充电功能集成到家庭用电系统中，实现家庭用电的自给自足和绿色排放。这类电站通常安装在居民住宅的屋顶或庭院中，利用太阳能进行光伏发电，并将多余的电能储存在储能系统中，供家庭用电和电动汽车充电使用。在阳光充足时，光伏发电系统可以为家庭提供清洁的电力，并将多余的电能储存起来；在用电高峰期或光伏发电不足时，储能系统可以释放电能，满足家庭用电和电动汽车的充电需求。

2 新能源光储充一体化电站建设关键技术

2.1 储能控制

储能系统包括、精密的电池管理系统（BMS）、灵活的双向变流器（PCS）以及全面的保护与监控设备。储能电池，作为核心储能元件，以锂离子电池等高效能技术为主流，凭借其高能量密度、长循环寿命及快速充放电能力，有效储存光伏发电产生的多余电能。BMS 则如同储能电池的“智慧大脑”，实时监控电池组的各项关键参数，确保其在安全范围内运行，同时优化充放电策略，延长电池使用寿命，提升整体系统的经济性和环保性。

储能系统需要根据光伏发电、充电需求和变压器负荷率进行充放电控制，确保光伏发电的消纳、满足充电需求，并保障变压器运行安全。

2.3 智能预测

预测包括光伏发电预测和负荷预测。通过算法能更准确的预测光伏发电和充电需求曲线，则可以帮助运营方更准确的制定能源使用策略，包括储能充放电控制、充电价格制定，确保在保障运行安全的前提下实现收益最大化。光储充一体化电站在服务电动汽车充电的同时，还需兼顾多样化的负荷需求，特别是在商业住宅区和居民小区内部署时，其运营复杂性显著增加。除了基本的充电负荷外，还需细致考虑照明系统、生活清洁设备（如洗衣机、洗碗机）、商业运营所需的各类电器，以及办公区域的电力消耗。

3Acrel-2000MG光储充电站能量管理系统

3.1平台概述

Acrel-2000MG微电网能量管理系统满足光伏系统、储能系统以及充电站的接入，进行数据采集分析，直接监视光伏、储能系统、充电站运行状态及健康状况，是一个集监控系统、能量管理、智能预测为一体的管理系统。该系统在安全稳定的基础上以经济优化运行为目标，促进新能源消纳，降低供电成本。

3.2系统架构

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、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信规约。

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：

图1典型微电网能量管理系统组网方式

4.1 预测算法

光伏发电功率预测系统通过采集数值天气预报数据、实时环境气象数据、光伏电站实时输出功率数据、光伏组件运行状态等信息，结合相关算法模型，实现短期功率预测（预测光伏电站未来0h-72h的光伏输出功率，时间分辨率为15min）、超短期功率预测（预测未来15min-4h的光伏输出功率，时间分辨率为15min）功能。负荷预测根据历史负荷数据，结合生产计划、天气等因素预测下一个周期的负荷需求，协助安排能源计划和控制策略。

系统结合光伏发电预测和负荷预测数据计算充电可用容量，结合充电历史特点对储能进行充放电控制，或调整电动汽车充电功率、价格进行调控，提高系统稳定性的同时降低充电成本。

图2 光功率预测

4.2 光伏储能能量管理策略

能量管理策略采用基于博弈论的功率协调分配技术，基于在通用设计平台和运行环境上开发能量协调控制策略，实现配网、分布式可再生能源发电、储能装置、充电设施之间能量的互动融合和灵活调配。系统在保障变压器安全运行前提下进行优化调控，有效消除峰谷差、平滑负荷，短时柔性扩容，提高电力设备运行效率、补偿负荷波动。同时在不允许对电网送电的情况下还可以通过调节光伏发电、储能充电、调节充电桩等方式，有效防止逆功率。

图3 能量管理策略

4.3 有序充电

有序充电策略主要根据负荷允许容量变化来进行充电许可或充电功率控制，采用先到先充或权限优先等策略，保障电网运行稳定。系统实时监测变压器负荷率，计算变压器剩余容量，结合充电需求和储能系统放电容量对充电进行动态控制，包括：用户权限识别、充电行为统计、充电功率控制、允许/禁止新增充电、调整充电价格等方式来引导用户充电需求，培养用户充电习惯，提高电网对充电的友好度和容纳能力。

图4 有序充电管理

4.4 充电运营管理

安科瑞充电运营管理平台是基于物联网和大数据技术的充电设施管理系统，可以实现对充电桩的监控、调度和管理，提高充电桩的利用率和充电效率，提升用户的充电体验和服务质量。用户可以通过APP或小程序提前预约充电，避免在充电站排队等待的情况，同时也能为充电站提供更准确的充电需求数据，方便后续的调度和管理。平台支持扫码/刷卡充电、寻桩导航、订单管理、充电桩监控、收益分析等功能。

图5 充电运营管理

5.硬件及其配套产品

6结束语

综上所述，新能源光储充一体化电站建设的关键技术涉及光伏电池、储能系统、充放电储能协同调度以及滤波器优化等多个方面。未来，随着技术的不断进步和应用的深入推广，新能源光储充一体化电站将在能源领域发挥更加重要的作用，为实现全球能源可持续发展目标贡献更大的力量。同时，我们也需要持续关注技术发展趋势和市场变化，不断优化和完善电站建设方案，以应对日益复杂的能源挑战。

【参考文献】

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【2】黎耀华,贾卫歌.光储充一体化充电站系统研究[J].机械工程与自动化,2023(01):224-226.

【3】黄玮.新能源光储充一体化电站建设关键技术研究分析[J].电气技术与经济,2023(10):41-44.

【4】曹 雷.试论新能源光储充一体化电站建设的关键技术

【5】安科瑞高校综合能效解决方案2022.5版.

【6】安科瑞企业微电网设计与应用手册2022.05版.

审核编辑 黄宇