双碳科普|光储充一体化电站系统构成及交流

光储充一体化电站系统

光储充一体化

随着“碳达峰、碳中和”目标的逐步落实，新能源汽车作为新能源产业的重要组成部分，是我国重要战略新兴产业，对实现“碳达峰、碳中和”目标具有重要的作用，而作为新能源汽车配套产业的充电桩行业也迎来新的发展机遇。光储充一体化充电站在可再生能源利用、储能技术应用与智慧充电桩技术应用方面高度结合，利用储能系统在夜间进行储能，在充电高峰期间通过储能电站和市电网一同为充电站供电，既实现了削峰填谷，又能节省配电增容费用，同时能有效解决新能源发电间歇性和不稳定等问题。而且伴随着理念与技术的不断创新，光储充一体化电站也必将向更环保、更便捷、更安全等方面逐步展开，成为电动汽车充电站建设的创新尝试。

在电动汽车和充电桩发展极不平衡的背景情况下，电动汽车充电站成为制约电动汽车发展的关键因素之一。如何更加充分地利用土地及可再生资源，如何提高可再生能源的利用率以及综合能源利用效率成为重中之重，利用光伏发电和蓄电池储能技术，建设光储充一体化充电站为电动汽车供能成为新的发展思路。因此亟需要对光储充一体化电站的系统构成、配电形式、工作原理进行全面的分析研究，为光储充一体化电站系统的规划建设提供科学合理的指导。

系统构成

光储充一体化

光储充一体化电站是将传统停车棚＋充电桩的配置与新兴分布式能源光伏发电系统、储能系统结合起来，辅以能量管理系统进行电能调度与管理的综合能源系统。太阳能光伏发电是实现我国能源和电力可持续发展战略的重要组成之一，但光伏输出功率具有很强的波动性、随机性，光伏电力的不稳定性严重制约了光伏电力的应用和输送。光伏发电系统与储能系统结合使用可以在光伏电站遇到弃光限制发电时将多余电能存入储能电池内，当光伏发电量低于限幅值或晚上用电高峰时通过储能逆变器将电池内的电能送入电网，储能系统既参与电网削峰填谷，还可以利用峰谷电价差创造更大的经济效益。目前，光储充一体化行业的基础技术基本成熟，配套设施相对完善，光储充系统主要包括光伏发电系统、储能变流器ＰＣＳ、储能电池组、电桩系统、能量管理系统ＥＭＳ等部分。

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光伏发电系统

光伏发电系统利用太阳能晶硅电池的“光生伏特”效应，通过太阳能电池组件将太阳辐射能转换成直流电能，通过光伏并网逆变器（直流变流器），将电能送上电网（储能电池）。光伏发电单元主要由光伏组件、光伏逆变器（光伏发电控制器）、汇流箱、交直流电缆等部分组成。

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储能变流器ＰＣＳ

ＰＣＳ（ＰｏｗｅｒＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎＳｙｓｔｅｍ，储能变流器）作为储能系统与电网连接的功率接口设备，承担控制电网与储能单元间能量双向流动的功能，通过控制策略实现对电池系统的充放电管理、网侧负荷功率跟踪、电池储能系统充放电功率控制，满足功率控制精度和充放电快速转换的响应速度要求。

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储能电池组

储能电池组选用磷酸铁锂电池，整套系统放置在室外的集装箱内。电池组采用模块化设计，采用电池架安装形式，该项目中电池组由若干电池串并联组成，每个电池组配置一个电池管理单元，对单体电池的电压、温度等参数进行监测。整套储能系统配置一套ＢＭＳ（ＢａｔｔｅｒｙＭａｎａｇｅｍｅｎｔＳｙｓｔｅｍ，电池管理系统）系统进行管理。

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充电桩系统

电动汽车充电桩的作用与汽车加油站中的加油机相类似，都是为汽车补给能源。充电桩安装场景包括公共建筑或居民建筑的停车场或充电站内，可以根据需要为各种型号的电动汽车充电。市场主流的直流充电桩是由一个将输入的交流电转换为直流电的整流器和一个调节直流电功率的功率转换器组成，根据充电器和车上电池管理系统相互之间的通讯，功率转换器能在线调节直流充电功率，而且充电器能显示充电电压、充电电流、充电量和充电费用。

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能量管理系统ＥＭＳ

ＥＭＳ（ＥｎｅｒｇｙＭａｎａｇｅｍｅｎｔＳｙｓｔｅｍ，能量管理系统）是整个系统运行策略的“执行中枢机构”。ＥＭＳ系统通过采集储能系统的电池、ＰＣＳ、电能表、视频系统等设备信号，同时监测并网侧负载负荷、光伏发电功率、直流充电桩运行状态，以及设置整个微网系统的运行策略，确保整个系统运行正常。

交流耦合系统、直流耦合系统

光储充一体化

光储充一体化电站系统，按光伏发电单元、储能单元与充电桩单元能量交换环节的不同可分为交流耦合系统和直流耦合系统。顾名思义，交流耦合系统就是光伏、储能、充电桩电能的传输与交换均为交流电能，是基于交流母线配电系统的电能量传输与交换；同理直流耦合系统即为基于直流母线配电系统的电能量传输与交换。

基于交流配电系统的光储充系统，其能量交汇与传输均在交流母线侧进行。光伏发电单元、蓄电池储能单元、充电桩负载单元交会于0.38ｋＶ交流母线，各子系统相对独立，均能够脱离其他单元独立运行。

基于交流配电系统的光储充系统依托现有技术条件易于实现，各子系统均有较为成熟的产品，是光储充系统应用最为广泛的系统。

光伏逆变器是光伏并网发电系统的核心设备，光伏逆变器的主要功能就是将光伏电池板利用“光生伏特”效应生成的直流电能经过逆变器的逆变调压、调频后形成稳定的交流电流，并注入交流侧系统供系统侧其他负荷使用或存储。现代逆变技术是研究逆变电路理论和应用的一门科学技术，它是建立在工业电子技术、半导体器件技术、现代控制技术、现代电力电子技术、半导体变流技术、脉宽调制（ＰＷＭ）技术等学科基础之上的一门实用技术。

我国的光伏逆变器技术经过多年的积累与沉淀，已基本达到国际领先水平，且品牌型号众多，满足各类应用场景及客户需求。例如华为技术有限公司的ＳＵＮ２０００系列产品、阳光电源股份有限公司的ＳＧ系列产品等。ＰＣＳ双向储能变流器可控制储能电池组的充电和放电过程，ＰＣＳ可以完成交流与直流的双向变换，具有ＶＳＧ控制功能的ＰＣＳ具备并离网运行功能，在无电网供电的情况下可以直接为交流负载提供电能，而且可实现并网／离网运行的不断电切换。在储能电池组放电过程中，将储能电池组内存储的直流电能逆变、调压、调频后形成可供使用的交流电，注入交流侧系统供交流负载使用。国内储能逆变器的主流品牌包括阳光电源股份有限公司的ＳＣ系列产品、科华恒盛股份有限公司的ＢＣＳ系列产品等。

基于交流配电的光储充充电站既可以采用交流充电桩，也可以采用直流充电桩。

电动汽车交流充电桩是一种固定安装在电动汽车外，与交流电网连接，为电动汽车车载充电机提供交流电能的装置。它固定安装在电动汽车外、与交流电网连接，国标采用交流２２０Ｖ单相交流电，交流充电桩只提供电力输出，没有充电功能，需连接车载充电机为电动汽车充电。

直流充电桩是固定安装在电动汽车外，与交流电网连接，为车载动力电池提供电能的装置。直流充电桩的输入电压采用三相四线ＡＣ３８０Ｖ、频率５０Ｈｚ，输出可调直流电，直接为电动车的车载电池充电。由于直流充电桩采用三相四线ＡＣ３８０Ｖ供电，可以提供足够的功率，输出的电压和电流调整范围大，可以实现快充的功能.。