简述分布式智慧光伏充电站的方案应用与产品选型

摘要：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水平，充分利用光伏发电，降低运行费用，实现系统整体节能降耗。
关键词：新能源；光储一体化充电站；双碳；分布式光伏
1光储一体化充电站发展现状
1.1国内发展现状
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，物联网技术的飞速发展为国家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。
国内研究已明确指出，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重要因素。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如何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。
1.2国外发展现状
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进行管理以提高效率尧增强安全性。
2系统框架
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系统两个子系统，其系统结构如图1所示。  
2.1分布式光伏储能系统
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。在整个系统中，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。
2.2充电桩智能控制系统
在分布式智慧光伏充电站的架构中，充电桩智能控制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。旨在确保系统能够适应多变的环境条件与不同的用户需求。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。鉴于电动自行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，它们可以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，还有助于预防和及时处理可能出现的异常情况。
3物联网通信技术
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，满足多样化的用户需求。本文研究搭建的分布式智慧光伏充电站系统，是一个采用先进物联网技术的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。
3.1Modbus有线通信
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，能够实现安全、准确的信息交换。
3.2MQTT云通信及数据透传
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精确控制。
4 Acrel-2000MG充电站微电网能量管理系统

4.1概述

Acrel-2000MG 储能能量管理系统是安科瑞专门针对工商业储能 电站研制的本地化能量管理系统，可实现了储能电站的数据采集、数据处理、数据存储、数据查询与分析、可视化监控、报警管理、统计 报表、策略管理、历史曲线等功能。其中策略管理，支持多种控制策 略选择，包含计划曲线、削峰填谷、需量控制、防逆流等。该系统不 仅可以实现下级各储能单元的统一监控和管理，还可以实现与上级调 度系统和云平台的数据通讯与交互，既能接受上级调度指令，又可以 满足远程监控与运维，确保储能系统安全、稳定、可靠、经济运行。

4.2应用场景

适用于工商业储能电站、新能源配储电站。

4.3系统结构

 4.4系统功能
（1）实时监管
对微电网的运行进行实时监管，包含市电、光伏、风电、储能、充电桩及用电负荷，同时也包括收益数据、天气状况、节能减排等信息。  
（2）智能监控
对系统环境、光伏组件、光伏逆变器、风电控制逆变一体机、储能电池、储能变流器、用电设备等进行实时监测，掌握微电网系统的运行状况。 （3）功率预测
对分布式发电系统进行短期、超短期发电功率预测，并展示合格率及误差分析。  
（4）电能质量
实现整个微电网系统范围内的电能质量和电能可靠性状况进行持续性的监测。如电压谐波、电压闪变、电压不平衡等稳态数据和电压暂升/暂降、电压中断暂态数据进行监测分析及录波展示，并对电压、电流瞬变进行监测。  
（5）可视化运行
实现微电网无人值守，实现数字化、智能化、便捷化管理;对重要负荷与设备进行不间断监控。  
（6）优化控制
通过分析历史用电数据、天气条件对负荷进行功率预测，并结合分布式电源出力与储能状态，实现经济优化调度，以降低尖峰或者高峰时刻的用电量，降低企业综合用电成本。  
（7）收益分析
用户可以查看光伏、储能、充电桩三部分的每天电量和收益数据，同时可以切换年报查看每个月的电量和收益。  
（8）能源分析
通过分析光伏、风电、储能设备的发电效率、转化效率，用于评估设备性能与状态。 （9）策略配置
微电网配置主要对微电网系统组成、基础参数、运行策略及统计值进行设置。其中策略包含计划曲线、削峰填谷、需量控制、新能源消纳、逆功率控制等。  5硬件及其配套产品  7结束语
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。
【参考文献】
【1】赵世佳，赵福全，郝瀚，等.中国新能源汽车充电基础设施发展现状与应对策略[J].
【2】朱伟钢，林燕梅，周蕾.太阳能光伏发电在中国的应用[J].
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【4】安科瑞高校综合能效解决方案2022.4版.
【5】安科瑞企业微电网设计与应用手册2022.04版.