淺聊太陽能光伏發電技術與電能管理

張繼冬

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要： 隨著全球能源危機和環境問題的日益嚴峻，太陽能光伏發電技術作為一種清潔、可再生的能源利用方式，受到了廣泛的關注和應用。本文對太陽能光伏發電技術進行了詳細介紹，包括其工作原理、系統組成以及發展現狀。同時，深入探討了電能管理在太陽能光伏發電系統中的重要性，并提出了相應的電能管理策略，以提高太陽能光伏發電系統的效率和穩定性，為實現可持續發展提供有力支持。

2.2.1太陽能電池組件
太陽能電池組件是太陽能光伏發電系統的核心部件，它由多個太陽能電池片串聯或并聯而成。太陽能電池片通常采用硅材料制成，分為單晶硅、多晶硅和非晶硅等類型。單晶硅電池轉換效率高，但成本也較高；多晶硅電池成本相對較低，但轉換效率略低于單晶硅電池；非晶硅電池具有弱光性能好、成本低等優點，但轉換效率較低。

2.2.2控制器
控制器的主要作用是對太陽能電池組件的輸出進行控制和調節，防止蓄電池過充、過放和反接等情況的發生。同時，控制器還可以對太陽能光伏發電系統的工作狀態進行監測和顯示。

2.2.3逆變器
逆變器的作用是將太陽能電池組件產生的直流電轉換為交流電，以便滿足家庭、企業等用戶的用電需求。逆變器的性能直接影響到太陽能光伏發電系統的輸出效率和穩定性。

2.2.3蓄電池
蓄電池的主要作用是在太陽能電池組件無法發電或發電量不足時，為負載提供電能。蓄電池的容量和類型應根據用戶的用電需求和太陽能光伏發電系統的規模進行選擇。

4.2.1充電控制：采用恒流 - 恒壓充電方式，避免蓄電池過充。在充電初期，采用恒流充電，當蓄電池電壓達到一定值后，轉為恒壓充電，直到蓄電池充滿為止。

4.2.2放電控制：根據蓄電池的剩余容量和負載的用電需求，合理控制蓄電池的放電深度，避免蓄電池過放。同時，在蓄電池放電過程中，應實時監測蓄電池的電壓和電流，當蓄電池電壓低于一定值時，應及時切斷負載，以保護蓄電池。

4.2.3均衡充電：由于蓄電池在使用過程中可能會出現單體電池之間的電壓不均衡現象，因此需要定期對蓄電池進行均衡充電，以提高蓄電池的性能和使用壽命。

4.3.1并網控制：采用同步鎖相技術，使太陽能光伏發電系統的輸出頻率和相位與電網保持一致，實現并網運行。同時，應設置過流、過壓、欠壓等保護裝置，防止系統出現故障時對電網造成影響。

4.3.2功率控制：根據電網的需求和太陽能光伏發電系統的輸出功率，合理控制系統的輸出功率，實現功率的優化分配。在白天光照充足時，太陽能光伏發電系統可以向電網輸送多余的電能；在夜晚或陰雨天，電網可以向用戶提供電能。

4.3.孤島檢測：當電網出現故障時，太陽能光伏發電系統應能夠及時檢測到孤島現象，并迅速切斷與電網的連接，以防止對維修人員造成危險。

五、安科瑞Acrel-2000MG微電網能量管理系統概述

5.1概述

Acrel-2000MG微電網能量管理系統，是我司根據新型電力系統下微電網監控系統與微電網能量管理系統的要求，總結國內外的研究和生產的經驗，專門研制出的企業微電網能量管理系統。本系統滿足光伏系統、風力發電、儲能系統以及充電樁的接入，全天候進行數據采集分析，直接監視光伏、風能、儲能系統、充電樁運行狀態及健康狀況，是一個集監控系統、能量管理為一體的管理系統。該系統在安全穩定的基礎上以經濟優化運行為目標，促進可再生能源應用，提高電網運行穩定性、補償負荷波動；有效實現用戶側的需求管理、消除晝夜峰谷差、平滑負荷，提高電力設備運行效率、降低供電成本。為企業微電網能量管理提供安全、可靠、經濟運行提供了全新的解決方案。

微電網能量管理系統應采用分層分布式結構，整個能量管理系統在物理上分為三個層：設備層、網絡通信層和站控層。站級通信網絡采用標準以太網及TCP/IP通信協議，物理媒介可以為光纖、網線、屏蔽雙絞線等。系統支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信規約。

5.2技術標準

本方案遵循的標準有：

本技術規范書提供的設備應滿足以下規定、法規和行業標準：

GB/T26802.1-2011工業控制計算機系統通用規范1部分：通用要求

GB/T26806.2-2011工業控制計算機系統工業控制計算機基本平臺2部分：性能評定方法。

GB/T26802.5-2011工業控制計算機系統通用規范5部分：場地安全要求

GB/T26802.6-2011工業控制計算機系統通用規范6部分：驗收大綱

GB/T2887-2011計算機場地通用規范

GB/T20270-2006信息安全技術網絡基礎安全技術要求

GB50174-2018電子信息系統機房設計規范

DL/T634.5101遠動設備及系統5-101部分:傳輸規約基本遠動任務配套標準

DL/T634.5104遠動設備及系統5-104部分:傳輸規約采用標準傳輸協議子集的IEC60870-5-網絡訪問101

GB/T33589-2017微電網接入電力系統技術規定

GB/T36274-2018微電網能量管理系統技術規范

GB/T51341-2018微電網工程設計標準

GB/T36270-2018微電網監控系統技術規范

DL/T1864-2018獨立型微電網監控系統技術規范

T/CEC182-2018微電網并網調度運行規范

T/CEC150-2018低壓微電網并網一體化裝置技術規范

T/CEC151-2018并網型交直流混合微電網運行與控制技術規范

T/CEC152-2018并網型微電網需求響應技術要求

T/CEC153-2018并網型微電網負荷管理技術導則

T/CEC182-2018微電網并網調度運行規范

T/CEC5005-2018微電網工程設計規范

NB/T10148-2019微電網1部分：微電網規劃設計導則

NB/T10149-2019微電網2部分：微電網運行導則

5.3適用場合

系統可應用于城市、高速公路、工業園區、工商業區、居民區、智能建筑、海島、無電地區可再生能源系統監控和能量管理需求。

5.4型號說明

5.5系統功能

5.5.1實時監測

微電網能量管理系統人機界面友好，應能夠以系統一次電氣圖的形式直觀顯示各電氣回路的運行狀態，實時監測各回路電壓、電流、功率、功率因數等電參數信息，動態監視各回路斷路器、隔離開關等合、分閘狀態及有關故障、告警等信號。其中，各子系統回路電參量主要有：三相電流、三相電壓、總有功功率、總無功功率、總功率因數、頻率和正向有功電能累計值；狀態參數主要有：開關狀態、斷路器故障脫扣告警等。

系統應可以對分布式電源、儲能系統進行發電管理，使管理人員實時掌握發電單元的出力信息、收益信息、儲能荷電狀態及發電單元與儲能單元運行功率設置等。

系統應可以對儲能系統進行狀態管理，能夠根據儲能系統的荷電狀態進行及時告警，并支持定期的電池維護。

微電網能量管理系統的監控系統界面包括系統主界面，包含微電網光伏、風電、儲能、充電樁及總體負荷組成情況，包括收益信息、天氣信息、節能減排信息、功率信息、電量信息、電壓電流情況等。根據不同的需求，也可將充電，儲能及光伏系統信息進行顯示。

5.5.2光伏界面

本界面用來展示對光伏系統信息，主要包括逆變器直流側、交流側運行狀態監測及報警、逆變器及電站發電量統計及分析、并網柜電力監測及發電量統計、電站發電量年有效利用小時數統計、發電收益統計、碳減排統計、輻照度/風力/環境溫濕度監測、發電功率模擬及效率分析；同時對系統的總功率、電壓電流及各個逆變器的運行數據進行展示。

5.5.2.1儲能界面

本界面主要用來展示本系統的儲能裝機容量、儲能當前充放電量、收益、SOC變化曲線以及電量變化曲線。

本界面主要用來展示對PCS的參數進行設置，包括開關機、運行模式、功率設定以及電壓、電流的限值。

本界面用來展示對BMS的參數進行設置，主要包括電芯電壓、溫度保護限值、電池組電壓、電流、溫度限值等。

本界面用來展示對PCS電網側數據，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數等。

本界面用來展示對PCS交流側數據，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數、溫度值等。同時針對交流側的異常信息進行告警。

5.5.3視頻監控界面

本界面主要展示系統所接入的視頻畫面，且通過不同的配置，實現預覽、回放、管理與控制等。

六、硬件及其配套產品

參考文獻

[1]張健.基于“新商科”的專業人才培養模式的究與實踐—一以高職商務數據分析與應用專業為例[]中國商論,2018,32

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[3]朱吉慶，宋雨昂.太陽能光伏發電技術發展現狀與前景

[4]安科瑞企業微電網設計與應用設計.2022.05