摘要

隨著工商業(yè)用戶對供電連續(xù)性、用能經(jīng)濟性和系統(tǒng)安全性的要求不斷提高，具備多能源協(xié)同能力的光儲柴一體化系統(tǒng)正成為高可靠供電場景的重要技術(shù)路線。

本文圍繞 Acrel-2000ES 能量管理系統(tǒng)在光儲柴系統(tǒng)中的應(yīng)用，提出一套融合 STS/ATS 協(xié)同切換、并離網(wǎng)一體化控制的綜合解決方案，實現(xiàn)“并網(wǎng)降本增效、離網(wǎng)穩(wěn)定保供、故障快速切換”的運行目標(biāo)。

工程應(yīng)用表明，該方案能夠提升新能源消納能力與系統(tǒng)運行穩(wěn)定性，降低綜合用能成本，兼顧可靠性與經(jīng)濟性，適用于園區(qū)、制造業(yè)及弱電網(wǎng)等多類用能場景，具備良好的工程推廣價值。

一、概述

在全球能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型與電力需求持續(xù)增長的背景下，工商業(yè)及弱電網(wǎng)場景對供電連續(xù)性的依賴不斷增強，市電波動、短時停電或限電等問題會直接影響生產(chǎn)節(jié)拍與關(guān)鍵負荷安全；

同時，柴油發(fā)電作為應(yīng)急手段普遍存在運行成本高、維護工作量大等問題，推動用戶向“光伏 + 儲能 + 柴發(fā)”的多能互補形態(tài)升級。

光儲柴一體化系統(tǒng)雖具備較好的應(yīng)用前景，但在配有 STS（靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)）/ATS（自動轉(zhuǎn)換開關(guān)） 的復(fù)雜供電拓撲下，仍普遍面臨以下痛點與挑戰(zhàn)：

主備電源切換與運行工況耦合復(fù)雜

市電、柴發(fā)、光儲側(cè)能量流相互影響，若僅依賴人工經(jīng)驗或分散控制，容易出現(xiàn)切換時機不當(dāng)、工況判斷滯后等問題，影響供電連續(xù)性與設(shè)備安全。

并離網(wǎng)運行模式協(xié)同難度大

STS 側(cè)并離網(wǎng)狀態(tài)變化快，系統(tǒng)需要在并網(wǎng)與離網(wǎng)工況下保持控制策略一致性與執(zhí)行可靠性；若控制鏈路不清晰，易出現(xiàn)功率分配不合理、柴發(fā)啟停與儲能放電節(jié)奏不匹配等情況。

多能源經(jīng)濟性難以兼顧

在并網(wǎng)階段若缺乏統(tǒng)一能量管理，柴發(fā)可能長時間低效運行或頻繁啟停；離網(wǎng)階段若光、儲、柴協(xié)同不足，則柴油占比偏高、整體用能成本難以下降。

多機并聯(lián)協(xié)同與通信可靠性要求高

多臺光儲柴單元并聯(lián)運行時，對實時數(shù)據(jù)一致性、主機與從機協(xié)同策略及異常工況下的容錯能力要求更高；若通信或策略不完善，可能出現(xiàn)功率分配偏差、SOC 分化、單機異常影響整體運行等風(fēng)險。

統(tǒng)一監(jiān)控與運維能力不足

光伏、儲能、PCS、柴發(fā)及 STS/ATS 狀態(tài)分散在不同子系統(tǒng)，若缺少集中監(jiān)視、告警聯(lián)動與策略閉環(huán)，現(xiàn)場排障效率低，難以及時定位切換異常、柴發(fā)未按預(yù)期投入、儲能支撐不足等關(guān)鍵問題。

二、項目情況

該光儲柴系統(tǒng)為直流耦合架構(gòu)，系統(tǒng)原理圖如圖1所示，光伏經(jīng)DC/DC接入直流母線，儲能經(jīng)高壓箱接入直流母線，直流側(cè)統(tǒng)一經(jīng)過PCS逆變后接入交流母線。

交流側(cè)接有STS實現(xiàn)并網(wǎng)/離網(wǎng)工況切換，依托靜態(tài)切換開關(guān)的高速切換能力，系統(tǒng)可實現(xiàn)20ms內(nèi)無縫切換，有效降低切換工程中對關(guān)鍵負荷的電壓擾動與供電中斷風(fēng)險，保障連續(xù)穩(wěn)定供電。

現(xiàn)需求通過一套能量管理系統(tǒng)，對光伏、儲能、PCS、柴發(fā)及關(guān)鍵切換設(shè)備狀態(tài)進行統(tǒng)一監(jiān)視與協(xié)調(diào)控制，并可接入柜體動環(huán)相關(guān)信號（如消防、溫濕度與通風(fēng)散熱等），實現(xiàn)運行狀態(tài)聯(lián)動與告警管理。

項目控制目標(biāo)為：并網(wǎng)時按“光伏優(yōu)先、市電補充、儲能調(diào)節(jié)”運行，結(jié)合公共連接點功率監(jiān)測控制并網(wǎng)邊界，提升新能源消納并降低用電成本；離網(wǎng)時按“光伏優(yōu)先、儲能支撐、柴發(fā)兜底”保障連續(xù)供電，當(dāng)儲能SOC低于閾值時自動啟停柴發(fā)，維持系統(tǒng)穩(wěn)定。系統(tǒng)支持多機并聯(lián)，由能量管理系統(tǒng)統(tǒng)一調(diào)度。

圖1光儲柴一體機系統(tǒng)原理圖

圖2 光儲一體機與STS/ATS柜實物圖

三、解決方案

為了實現(xiàn)客戶需求，光儲柴一體機柜內(nèi)配置Acrel-2000ES儲能能量管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有完善的儲能監(jiān)控與管理功能，涵蓋了光伏、柴發(fā)、STS/ATS柜、儲能系統(tǒng)設(shè)備(PCS、BMS、電表、消防、空調(diào)等)的詳細信息，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)查詢與分析、可視化監(jiān)控、報警管理、統(tǒng)計報表等功能。

在高級應(yīng)用上支持能量調(diào)度，具備計劃曲線、光儲柴協(xié)同控制、并離網(wǎng)切換、備用電源等控制功能。系統(tǒng)對電池組性能進行實時監(jiān)測及歷史數(shù)據(jù)分析、根據(jù)分析結(jié)果采用智能化的分配策略對電池組進行充放電控制，優(yōu)化了電池性能，提高電池壽命。同時，采用通訊管理機實現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳光儲云平臺，便于運營商在云平臺進行多站點的管理。

圖3安科瑞光儲柴一體化系統(tǒng)（STS/ATS）解決方案

圖4系統(tǒng)組網(wǎng)架構(gòu)圖

由于工商業(yè)場景對供電連續(xù)性和切換可靠性要求較高，在市電波動或異常工況下，需重點保障并離網(wǎng)平滑過渡與關(guān)鍵負荷不間斷供電。為應(yīng)對“光儲+柴發(fā)+STS/ATS”協(xié)同運行中可能出現(xiàn)的風(fēng)險，能量管理系統(tǒng)持續(xù)優(yōu)化并完善了以下關(guān)鍵功能：

SOC主動均衡

在多機協(xié)同運行過程中，通過動態(tài)分配策略調(diào)節(jié)各機組充放電狀態(tài)，保持SOC處于合理區(qū)間，降低SOC分化帶來的運行偏差，提升系統(tǒng)整體穩(wěn)定性。

并離網(wǎng)快速切換

依托STS快速切換能力并結(jié)合控制邏輯優(yōu)化，實現(xiàn)并離網(wǎng)模式平滑轉(zhuǎn)換，切換時間可控制在20ms內(nèi)，顯著提升關(guān)鍵負荷供電連續(xù)性。

STS/ATS協(xié)同保供

通過STS與ATS聯(lián)動控制，在市電異常時快速完成供電路徑切換，實現(xiàn)主備電源有序接續(xù)，保障系統(tǒng)在復(fù)雜工況下穩(wěn)定運行。

故障自主隔離與保護

當(dāng)系統(tǒng)中設(shè)備出現(xiàn)通信中斷或運行異常時，自動觸發(fā)保護機制，對異常單元進行快速隔離，降低單點故障對整體系統(tǒng)的影響。

統(tǒng)一監(jiān)視與運維支撐

系統(tǒng)對光伏、儲能、PCS、柴發(fā)及關(guān)鍵切換設(shè)備進行集中監(jiān)視與告警管理，支持運行追蹤與故障定位，提升現(xiàn)場運維效率與系統(tǒng)可用性。

圖5 現(xiàn)場設(shè)備圖

四、方案效果

項目主機界面如圖6所示，通過Acrel-2000ES儲能能量管理系統(tǒng)可對光伏、儲能、PCS、柴發(fā)及STS/ATS關(guān)鍵設(shè)備進行統(tǒng)一監(jiān)視與集中管理，自動完成光儲柴系統(tǒng)的協(xié)同控制。

在監(jiān)測到市電正常時，系統(tǒng)進入并網(wǎng)運行狀態(tài)，優(yōu)先利用光伏出力供給負荷，儲能按策略參與調(diào)節(jié)并保持合理SOC區(qū)間；當(dāng)儲能達到設(shè)定目標(biāo)后，系統(tǒng)以穩(wěn)定控制方式維持備電能力，同時約束并網(wǎng)側(cè)功率邊界，降低反送電風(fēng)險。

在監(jiān)測到市電異常或中斷時，系統(tǒng)通過 STS 快速完成并離網(wǎng)切換，可實現(xiàn) 20ms內(nèi)無縫切換，保障關(guān)鍵負荷連續(xù)供電。切換后由光伏與儲能優(yōu)先支撐負荷，并實時監(jiān)測SOC與負載變化；當(dāng)SOC降至柴發(fā)啟動閾值時，系統(tǒng)自動啟動柴發(fā)，并由 ATS 完成主備電源切換，隨后按負荷與SOC狀態(tài)協(xié)調(diào)柴發(fā)和儲能出力，避免儲能過放。如圖9所示：運行過程中設(shè)置啟?；夭?，減少柴發(fā)頻繁啟停；當(dāng)市電恢復(fù)且SOC回升至設(shè)定區(qū)間后，系統(tǒng)按順序退出柴發(fā)并恢復(fù)正常運行。

圖6 光儲柴能量管理系統(tǒng)主界面圖

圖7 儲能PCS功率變化曲線圖

圖8 光儲柴能量管理系統(tǒng)光伏界面圖

圖9 光儲柴能量管理系統(tǒng)策略界面圖

五、結(jié)語

光儲柴一體化系統(tǒng)通過配置 Acrel-2000ES 儲能能量管理系統(tǒng)，可實現(xiàn)光伏、儲能、柴發(fā)及 STS/ATS 的統(tǒng)一監(jiān)視與協(xié)同控制，不僅能夠提高新能源消納水平，還可在電網(wǎng)波動或中斷場景下實現(xiàn)并離網(wǎng)平滑切換（可達20ms內(nèi)無縫切換），顯著提升關(guān)鍵負荷供電連續(xù)性與系統(tǒng)可靠性。

與此同時，依托多能源互補與智能調(diào)度，系統(tǒng)可在保障供電安全的前提下降低柴油依賴和綜合用能成本，提升整體運行經(jīng)濟性。該方案具備良好的工程適配性與推廣價值，適用于園區(qū)、制造業(yè)及各類對供電可靠性要求較高的工商業(yè)場景，也可應(yīng)用于弱電網(wǎng)、離網(wǎng)及供電條件復(fù)雜地區(qū)。

審核編輯 黃宇