從技術創新到平臺應用，低碳園區光儲充一體化微電網系統實踐

一. 項目背景

西安xx電力電子技術有限公司作為xx集團研發分中心，緊密結合電力電子前沿市場需求，致力于為集團在大功率電力電子產業提供核心技術支撐，為集團公司客戶提供電力電子系統產品整體解決方案和工程應用技術方案。核心業務涵蓋：新能源并網發電(風電變流器、光伏逆變器、儲能變 流器、虛擬同步機)、柔性交直流輸電(柔直換流閥、柔直控保、直流斷路器、 高壓靜止無功補償系統、統一潮流控制器)、軌道交通供電(地鐵再生制動能 量回饋裝置、同相供電裝置)、直流配網(電力電子變壓器、直流潮流控制器、能量路由器、直流變壓器)、電源技術(電動汽車有線/無線充電裝置、岸電電源)五大業務領域。

二. 方案概述

本方案適用于低碳園區光儲充微電網系統，光伏輸出功率通過轉換、存儲， 為充電樁提供供電電源。

整體方案如下圖所示：通過多端口電力電子變換裝置和安全故障檢測保護 裝置構建750V 直流微電網系統，光伏組件輸出功率經110kWDC/DC光伏端口 并匯入DC750V 直流母線；2套50kW/100kWh 鋰電池儲能裝置分別經2個DC/DC 儲能端口接至DC750V 直流母線；負荷側配置3臺60kW 的充電樁；交流側配置1個 AC400V工頻隔離端口，并通過風電控制器接入2500W的小型風 力發電裝置。

2.2 整套系統的主要設備包括：

• 100kWp 光伏陣列：包括光伏組件、匯流箱

• 2套50kW/100kWh 鋰電池儲能裝置：包括電池模組、 BMS 、高壓 箱、冷卻及消防設備

• 能源協調控制器：包括能量管理系統、通信接口

• 多端口電力電子變換裝置：1個110kW 直流光伏端口、2個50kW 直 流儲能端口、1個工頻隔離型交流端口

• 寬頻擾動抵御變流器：包括1臺100kW 寬頻擾動抵御變流器

• 安全故障檢測保護裝置：包括直流故障檢測保護裝置、直流斷路器

• 3 臺 6 0kW 直流充電樁：包括充電模塊、充電接口、管理平臺等

• 2500W風力發電裝置：包括風力發電機、風電控制器、蓄電池等

• 計量與動環改造：包括計量表計及載波通信模塊、動環監控設備。

2.3 主要技術創新

A. 光伏直流拉弧檢測技術

在光伏系統中直流側電壓通常高達600V~1000V, 由于組件接點松脫，接觸 不良、電線受潮、絕緣破裂等原因極易引起直流拉弧現象。直流拉弧會導致接 觸部分溫度急劇升高，持續的電弧會產生3000℃~7000℃的高溫，并伴隨著高 溫碳化周圍器件，輕者熔斷保險、線纜，重者燒毀組件和設備引起火災。

拉弧檢測系統主要包括兩大部分：前端的模擬信號處理部分和數字信號處理部分。

模擬前端：利用廣帶寬的電流傳感器接收電流信號，在采樣前進行適當的 信號濾波和調理。這可以很靈活的調節所需的頻率范圍，和優化頻帶增益。

數字信號處理器：模擬信號被數字化來捕捉波形的各種特性，這樣可以很 靈活的在不用改變硬件的情況下調整處理參數和使用不同算法。

采用時域、頻域相結合的方式進行識別，對電流噪聲進行 FFT 信號處理， 得到電流噪聲的幅頻特性，在對電弧頻域范圍內對其幅值進行積分，積分值與 其閾值進行比較，精確判斷是否發生了直流拉弧。

B. 虛擬同步技術

虛擬同步技術 (VSG) 在拓撲結構上將變流器等效為同步發電機，電網阻 抗等效為定子電抗，直流源等效為原動機，輸出電壓等效為內電勢，輸出功率 等效為電磁功率，通過VSG 控制可實現并離網無縫切換，弱電網電壓支撐，調 頻調壓功能。

VSG 模式在并網運行時可通過功率控制指令實現對電池的雙向充放電操作， 并模擬同步發電機的調頻調壓特性， VSG 模式并網運行時的功率控制設置與PQ 模式設置方法一致；在離網運行時，儲能變流器脫離大電網運行，可為負荷提 供穩定的電壓和頻率支撐。

并網運行狀態下儲能變流器在電網失電后若需轉到離網運行，則需 PCC 點 開關斷開后迅速將并離網控制禁能，此時儲能變流器會轉入離網運行；離網運 行狀態下儲能變流器在電網恢復后若需轉到并網運行，則需向儲能變流器下發 同期使能信號，儲能變流器接收到同期使能信號后會自動跟蹤電網相位，當與 電網相位同步之后會向上層監控系統上傳預同步完成狀態，上層監控系統檢測 到預同步完成后閉合 PCC 點開關， PCC 點開關閉合后上層監控系統向儲能變流 器下發并離網控制使能信號，儲能變流器檢測到該使能信號后會轉入并網運行。

C. 新能源構網型發電技術

在“雙碳"背景下，我國明確構建以新能源為主體的新型電力系統，要求 新能源發電設備必須提升控制性能、以具備同步發電機或者類似同步發電機的 頻率調節和電壓控制能力，平抑新能源發電功率波動、降低大電網調峰壓力， 提升大電網對新能源的接納水平方面。

新能源構網發電技術的核心思路：儲能控制光伏端口電壓，并實現 MPPT 功能；變流器采用虛擬同步技術，并以濾波后的光伏實測功率作為同步機功率 指令，實現慣量阻尼、平滑波動。

新能源構網發電技術方案圖

D. 低碳園區多能協調控制技術

低碳園區集中了光伏、儲能、風電、充電樁、電網等多種能源和負荷，新 能源呈現波動性和間歇性的特征，用電負荷也具備較大的隨機性，必須針對新 能源的發電特性和負載用電特性，確定集運行監控、功率調度、協調控制等功 能于一體的能量管理系統，能夠對DC/DC 變流器、DC/AC 逆變器、以及負荷數 據等其他相關設備的信息進行集采協控。

• 運行數據采集與監控功能

• 功率調度功能：光伏輸出功率的調節。光伏板的輸出功率除受光照、溫度條件影響外，還 受光伏輸出電壓的影響，可通過控制 DC/DC 變流器輸入側直流電壓(即光伏板 輸出電壓)來調節光伏輸出功率。為了充分利用光伏能源，DC/DC 變流器運行在最大功率模式，將全部光伏 能量輸出到直流母線。

• 協調控制功能：功率協調，能量管理系統根據系統用電的容量需求，向變流器下發功率指 令，確保輸出功率不大于本段實際負荷，避免功率進一步上送電網

• 與站控系統交互功能：能量管理系統可與站控系統通信，上傳設備的運行狀態、功率、電壓等數 據，并接收站控系統的指令，協調底層設備的運行。

E. 雙向直流充電機技術

基于本項目設計的微網結構，系統所提供充電樁接口需從直流750V 母線取 電，而目前交直流充電樁均以交流為輸入，通過AC/DC 變換，從而對外提供直 流輸出接口。因此，設計直流輸入與直流輸出充電樁對于后續的園區微網建設 推廣具有積極作用。

三. 安科瑞光儲充一體化微電網智慧能源平臺

安科瑞微電網系統解決方案，通過在企業內部的源、網、荷、儲、充的各個關鍵節點安裝安科瑞自主研發的各類監測、分析、保護、治理裝置；通過先進的控制、計量、通信等技術，將分布式電源、儲能系統、可控負荷、電動汽車、電能路由器聚合在一起；平臺根據最新的電網價格、用電負荷、電網調度指令等情況，靈活調整微電網控制策略并下發給儲能、充電樁、逆變器等系統與設備，保證企業微電網始終安全、可靠、節約、高效、經濟、低碳的運行。

3.1分布式光伏監控系統

3.2 工商業儲能系統

3.3 有序充電系統

3.4 光儲充一體化系統拓撲

對微電網的源、網、荷、儲能系統、充電負荷進行實時監控、診斷告警、全景分析、有序管理和高級控制，滿足微電網運行監視全面化、安全分析智能化、調整控制前瞻化、全景分析動態化的需求，完成不同目標下光儲充資源之間的靈活互動與經濟優化運行，實現能源效益、經濟效益和環境效益zui大化。

3.5 能源協調控制器

安科瑞微電網協調控制器是一種應用于微電網、分布式發電、儲能等領域的模塊化 智能協調控制器。裝置滿足系統滿足光伏系統、風力發電、儲能系統以及充電樁等設備的接 入，通過對微電網系統進行全天候數據采集分析，監視光伏、風能、儲能系統、充電樁運行 狀態及健康狀況，并在此基礎上以安全經濟優化運行為目標，獲取優控制策略進而對微電 網實施調節控制，實現微電網分布式能源、儲能系統、負荷的實時動態調節功能，促進新能 源就地化消納，提高電網運行穩定性、補償負荷波動；有效實現微電網的需求管理，提高微電網運行效率、降低供電成本，保障微電網安全、可靠、經濟運行！

3.6 解決方案-能效管理+光儲充系統案例

某新長城重工18Mw分布式光伏監控系統湖北新生源21.35Mw分布式光伏監控系統；

和光同程電池60Mw分布式光伏監控系統；金田銅業10kV儲能系統；慈溪精忠10kV儲能系統；

貴州某大學智慧能源管理平臺；江蘇灌南城區智慧停車場充電運行平臺；緬甸某寺廟光儲系統

湖南某機場光儲充系統；江陰研究院光儲充系統；某煙草公司光儲充系統；深圳某交流中心能源平臺；靖江某鋼鐵低碳能源平臺；吉林某村光儲充能源平臺；合肥某園區智慧能源管理平臺；某省交投中心智慧能源管理平臺；某省高速公路智慧能源管理平臺；遼寧某服務區智慧能源管理平臺；河南某西片區智慧能源管理平臺；河南某學院智慧能源管理平臺·········

3.7 核心功能（優化控制，實現安全可靠、經濟節約）

• 削峰填谷：配合儲能設備、低充高放優化用能成本

• 柔性擴容：短期用電功率大于變壓器容量時，儲能快速放電，滿足負載用能要求

• 有序充電：根據變壓器容量、電價進行引導，利用技術進行協調充電功率，降低運營成本

• 防逆流：防止系統電力反送上網，避免考核

• 備用電源：緊急供電，保證供電質量

• 需量控制：能量儲存、充放電功率跟蹤，防止增加基礎電費

• 某光儲充微電網項目的策略

• 參與虛擬電廠

四. 總 結

本文圍繞低碳園區光儲充微電網系統展開，介紹了西安某電力電子技術有限公司針對該系統提出的方案，包括系統構成、主要設備及光伏直流拉弧檢測、虛擬同步等五大技術創新，同時闡述了安科瑞光儲充一體化微電網智慧能源平臺的功能、拓撲及案例，展現了通過技術創新與智慧平臺實現微電網安全、高效、經濟、低碳運行的整體思路。