摘 要：隨著光儲柴一體化系統(tǒng)應(yīng)用日益廣泛，基于直流耦合技術(shù)的光儲柴一體機(jī)憑借高度集成化、安裝便捷性、高效光伏轉(zhuǎn)換以及精準(zhǔn)快速的能源調(diào)控能力，充分滿足了市場對系統(tǒng)可靠性與操作簡易性的雙重需求，成為眾多新建項目的優(yōu)選方案。本文基于實際應(yīng)用場景，從項目背景、技術(shù)路線與設(shè)備配置、多機(jī)并聯(lián)運(yùn)行等維度展開分析，結(jié)合真實案例為不同應(yīng)用場景提供定制化解決方案，助力用戶高效推進(jìn)能源轉(zhuǎn)型進(jìn)程。

關(guān)鍵詞：光儲柴一體機(jī)、直流耦合、并離網(wǎng)切換、能量管理  

1、概述  

在全球能源轉(zhuǎn)型和電力需求持續(xù)增加的背景下，偏遠(yuǎn)或電網(wǎng)薄弱的離網(wǎng)區(qū)域因地理位置偏遠(yuǎn)或覆蓋不足，常發(fā)生停電和限電事件，嚴(yán)重干擾生活和生產(chǎn)用電的連續(xù)性。柴油發(fā)電的高成本與污染問題進(jìn)一步提升了能源升級的緊迫性。盡管光儲柴一體化系統(tǒng)逐漸顯現(xiàn)應(yīng)用前景，但面臨以下關(guān)鍵痛點：  

（1）太陽能資源利用率低：未能高效利用當(dāng)?shù)刎S富的光照資源，柴油發(fā)電比例過高導(dǎo)致用電成本上升和環(huán)境污染。  

（2）運(yùn)行模式切換不靈活：現(xiàn)有系統(tǒng)多數(shù)難以在并網(wǎng)和離網(wǎng)狀態(tài)間自如轉(zhuǎn)換，無法適應(yīng)電網(wǎng)變動和多樣用電場景的需求。  

（3）能源經(jīng)濟(jì)效益差：柴油發(fā)電成本居高不下，缺乏多種能源協(xié)同互補(bǔ)機(jī)制，造成整體供電成本高、效益低下。  

（4）監(jiān)控與維護(hù)能力弱：缺少對光伏、儲能和柴油發(fā)電的實時協(xié)調(diào)與狀態(tài)監(jiān)測，能源管理粗放，JI端情況下備用電源響應(yīng)延遲。  

（5）多機(jī)并聯(lián)復(fù)雜性高：多臺光儲柴一體機(jī)協(xié)同工作時，缺乏高可靠性通信和協(xié)同控制策略，易出現(xiàn)負(fù)載分配不均、環(huán)流、SOC不一致等潛在問題。

2、項目情況

該光儲柴一體機(jī)采用直流耦合設(shè)計，其系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。光伏組件經(jīng)DC/DC變換器接入直流母線，儲能單元通過高壓箱連接直流母線。直流側(cè)電能統(tǒng)一經(jīng)由PCS接入交流母線。市電與柴油發(fā)電機(jī)通過ATS切換裝置互備，實現(xiàn)電網(wǎng)與柴發(fā)雙電源的自動轉(zhuǎn)換。

系統(tǒng)配備能量管理系統(tǒng)，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)光伏、儲能及柴發(fā)的能量流動，同時集成柜體內(nèi)的消防、水浸、空調(diào)等設(shè)備監(jiān)控，實現(xiàn)動力環(huán)境一體化管控。

核心控制策略如下：

1. 并網(wǎng)模式：負(fù)載優(yōu)先使用光伏供電，其次市電，儲能主要作為離網(wǎng)備用。儲能備電完成后，光伏發(fā)電通過PCS供給負(fù)載，系統(tǒng)需具備防逆流功能以提升新能源利用率，減少棄光。

2. 離網(wǎng)模式：負(fù)載依次由光伏、儲能、柴油發(fā)電機(jī)供電。通過光儲柴協(xié)同控制確保供電連續(xù)性，實現(xiàn)不間斷電力保障。

圖1光儲柴一體機(jī)系統(tǒng)原理圖

圖2 光儲柴一體機(jī)實物圖

3、解決方案

為滿足客戶需求，光儲柴一體化機(jī)柜內(nèi)置Acrel-2000ES儲能能量管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)具備全面的光儲監(jiān)控能力，可實時監(jiān)測DC/DC變流器、PCS、BMS、電表、消防、空調(diào)等設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，集成數(shù)據(jù)采集、處理、存儲、查詢分析、可視化監(jiān)控、報警管理及報表統(tǒng)計功能。在高級應(yīng)用方面，系統(tǒng)支持能量調(diào)度策略，包含防逆流、削峰填谷、需量控制及備用電源模式。依托電池組性能實時監(jiān)測與歷史數(shù)據(jù)分析，系統(tǒng)通過智能分配策略優(yōu)化充放電過程，顯著提升電池效能并延長使用壽命。同時，通過ARTU-100模塊擴(kuò)展遙控遙信功能，并基于ANet-2E4SM通訊管理機(jī)實現(xiàn)云平臺數(shù)據(jù)上傳，助力運(yùn)營商進(jìn)行多站點集中管控。

圖3安科瑞光儲柴一體機(jī)解決方案

圖4系統(tǒng)組網(wǎng)架構(gòu)圖

表1產(chǎn)品清單

由于單個光儲柴一體機(jī)的輸出功率受限，在高壓應(yīng)用環(huán)境如工廠或礦區(qū)，必須依賴多臺設(shè)備并聯(lián)來增強(qiáng)系統(tǒng)整體容量。針對多機(jī)并聯(lián)可能產(chǎn)生的運(yùn)行隱患，能量管理系統(tǒng)不斷優(yōu)化并強(qiáng)化了以下核心功能：  

（1）SOC動態(tài)平衡：在多機(jī)并聯(lián)及柴油發(fā)電機(jī)協(xié)同運(yùn)行時，借助智能平衡算法動態(tài)調(diào)整各單元的充放電狀態(tài)，保證所有一體機(jī)SOC維持在適宜區(qū)間，有效防止因SOC差異過大引發(fā)的系統(tǒng)性能衰減和短板效應(yīng)。  

（2）快速并網(wǎng)與離網(wǎng)切換：結(jié)合PCS主從控制特性和順序操作邏輯，精煉切換流程，實現(xiàn)高效模式轉(zhuǎn)換，顯著提升供電連續(xù)性與可靠性。  

（3）自動故障隔離與保護(hù)：當(dāng)系統(tǒng)中某設(shè)備出現(xiàn)通信中斷或其他異常時，自主激活保護(hù)機(jī)制，快速解列故障單元并關(guān)機(jī)，最小化單點故障對并聯(lián)系統(tǒng)的影響，保障整體運(yùn)行穩(wěn)定性。  

（4）靈活選擇與維護(hù)支持：用戶可在主界面根據(jù)需要勾選參與并聯(lián)的柜體數(shù)量，支持部分設(shè)備主動退出而不干擾系統(tǒng)運(yùn)行，便于日常檢修、維護(hù)和策略調(diào)整，增強(qiáng)系統(tǒng)可用性與運(yùn)維便捷性。

圖5 多機(jī)并聯(lián)連接示意圖

圖6 多機(jī)并聯(lián)調(diào)試圖

4、方案效果

緬甸某服裝廠因電網(wǎng)供電不穩(wěn)定頻繁斷電，導(dǎo)致生產(chǎn)受阻。為保障電力供應(yīng)，工廠安裝了三臺并聯(lián)運(yùn)行的光儲柴一體機(jī)。如圖7所示項目現(xiàn)場及圖8主機(jī)界面顯示，該系統(tǒng)通過儲能能量管理平臺實現(xiàn)集中監(jiān)控與智能調(diào)度，自動完成光儲柴協(xié)同控制。

市電正常時，系統(tǒng)執(zhí)行離網(wǎng)備電策略：三臺設(shè)備智能均衡電池荷電狀態(tài)（SOC），維持SOC一致性在90%以上。完成備電后，光伏發(fā)電經(jīng)功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)供負(fù)載使用，同時嚴(yán)格防止電力反送電網(wǎng)。當(dāng)偵測到市電中斷，系統(tǒng)立即控制斷路器切斷電網(wǎng)連接，功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)無縫切換至離網(wǎng)模式運(yùn)行。系統(tǒng)根據(jù)實時SOC動態(tài)調(diào)節(jié)光伏出力，并在電量過低時自動啟動柴油發(fā)電機(jī)，確保電力供應(yīng)連續(xù)可靠，顯著提升工廠生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。

圖7 項目現(xiàn)場圖

圖8 儲能能量管理系統(tǒng)主界面圖

儲能SOC功率變化如圖7所示，在有市電情況下備電時儲能SOC保持在備電SOC以上，在離網(wǎng)時儲能正常進(jìn)行放電，SOC降低，符合控制預(yù)期。

圖9 儲能SOC功率變化曲線圖

5、結(jié)語

光伏儲能柴油混合系統(tǒng)結(jié)合儲能管理系統(tǒng)，不僅能高效利用本地太陽能資源，提供綠色低碳的電力供應(yīng)，還能根據(jù)電網(wǎng)狀況靈活切換并網(wǎng)或離網(wǎng)運(yùn)行模式，大幅提升供電可靠性。此外，借助多種能源互補(bǔ)與智能調(diào)控管理，該系統(tǒng)在降低電力成本、優(yōu)化運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性方面展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢。同時，此方案具備出色的擴(kuò)展性和適應(yīng)性，不僅適用于國內(nèi)外電網(wǎng)薄弱或供電不穩(wěn)的區(qū)域，還適用于海島、牧區(qū)、哨所、油田、礦山，以及東南亞、非洲、歐洲等地。

參考文獻(xiàn)：

[1]    謝文杰.基于光儲柴的孤島式交流微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制研究[D].重慶理工大學(xué),2023.

[2] 朱梅梅.基于光儲柴的微網(wǎng)能量管理研究[D].合肥工業(yè)大學(xué),2017.

[3] 鄭義,林瑤瑤,王潔麗.基于光儲柴微電網(wǎng)的海外有色企業(yè)供電系統(tǒng)研究[J].有色設(shè)備,2021,35(03):27-31.

[4] 孫曉哲.石油鉆機(jī)光儲柴供電系統(tǒng)運(yùn)行控制策略[J].發(fā)電技術(shù),2019,40(05):469-474.

[5] 陳麗麗,牟龍華,劉仲.光儲柴微電網(wǎng)運(yùn)行特性分析[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制,2015,43(12):86-91.

[6] 高明宇,劉金寧,馮長江.JUN用獨(dú)立型光儲柴微電網(wǎng)模態(tài)轉(zhuǎn)換控制策略[J].兵工自動化,2021,40(06):1-7.

[7] 鐘誠,初文昊,李曉明,等.考慮儲能壽命的光儲柴微電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度[J].電氣應(yīng)用,2023,42(11):9-15.

[8] 安科瑞電氣股份有限公司. Acrel-2000ES儲能能量管理系統(tǒng)用戶手冊[Z]. 上海: 安科瑞電氣, 2022.