从技术创新到平台应用，低碳园区光储充一体化微电网系统实践

一. 项目背景

西安xx电力电子技术有限公司作为xx集团研发分中心，紧密结合电力电子前沿市场需求，致力于为集团在大功率电力电子产业提供核心技术支撑，为集团公司客户提供电力电子系统产品整体解决方案和工程应用技术方案。核心业务涵盖：新能源并网发电(风电变流器、光伏逆变器、储能变 流器、虚拟同步机)、柔性交直流输电(柔直换流阀、柔直控保、直流断路器、 高压静止无功补偿系统、统一潮流控制器)、轨道交通供电(地铁再生制动能 量回馈装置、同相供电装置)、直流配网(电力电子变压器、直流潮流控制器、能量路由器、直流变压器)、电源技术(电动汽车有线/无线充电装置、岸电电源)五大业务领域。

二. 方案概述

本方案适用于低碳园区光储充微电网系统，光伏输出功率通过转换、存储， 为充电桩提供供电电源。

整体方案如下图所示：通过多端口电力电子变换装置和安全故障检测保护 装置构建750V 直流微电网系统，光伏组件输出功率经110kWDC/DC光伏端口 并汇入DC750V 直流母线；2套50kW/100kWh 锂电池储能装置分别经2个DC/DC 储能端口接至DC750V 直流母线；负荷侧配置3台60kW 的充电桩；交流侧配置1个 AC400V工频隔离端口，并通过风电控制器接入2500W的小型风 力发电装置。

2.2 整套系统的主要设备包括：

• 100kWp 光伏阵列：包括光伏组件、汇流箱

• 2套50kW/100kWh 锂电池储能装置：包括电池模组、 BMS 、高压 箱、冷却及消防设备

• 能源协调控制器：包括能量管理系统、通信接口

• 多端口电力电子变换装置：1个110kW 直流光伏端口、2个50kW 直 流储能端口、1个工频隔离型交流端口

• 宽频扰动抵御变流器：包括1台100kW 宽频扰动抵御变流器

• 安全故障检测保护装置：包括直流故障检测保护装置、直流断路器

• 3 台 6 0kW 直流充电桩：包括充电模块、充电接口、管理平台等

• 2500W风力发电装置：包括风力发电机、风电控制器、蓄电池等

• 计量与动环改造：包括计量表计及载波通信模块、动环监控设备。

2.3 主要技术创新

A. 光伏直流拉弧检测技术

在光伏系统中直流侧电压通常高达600V~1000V, 由于组件接点松脱，接触 不良、电线受潮、绝缘破裂等原因极易引起直流拉弧现象。直流拉弧会导致接 触部分温度急剧升高，持续的电弧会产生3000℃~7000℃的高温，并伴随着高 温碳化周围器件，轻者熔断保险、线缆，重者烧毁组件和设备引起火灾。

拉弧检测系统主要包括两大部分：前端的模拟信号处理部分和数字信号处理部分。

模拟前端：利用广带宽的电流传感器接收电流信号，在采样前进行适当的 信号滤波和调理。这可以很灵活的调节所需的频率范围，和优化频带增益。

数字信号处理器：模拟信号被数字化来捕捉波形的各种特性，这样可以很 灵活的在不用改变硬件的情况下调整处理参数和使用不同算法。

采用时域、频域相结合的方式进行识别，对电流噪声进行 FFT 信号处理， 得到电流噪声的幅频特性，在对电弧频域范围内对其幅值进行积分，积分值与 其阈值进行比较，精确判断是否发生了直流拉弧。

B. 虚拟同步技术

虚拟同步技术 (VSG) 在拓扑结构上将变流器等效为同步发电机，电网阻 抗等效为定子电抗，直流源等效为原动机，输出电压等效为内电势，输出功率 等效为电磁功率，通过VSG 控制可实现并离网无缝切换，弱电网电压支撑，调 频调压功能。

VSG 模式在并网运行时可通过功率控制指令实现对电池的双向充放电操作， 并模拟同步发电机的调频调压特性， VSG 模式并网运行时的功率控制设置与PQ 模式设置方法一致；在离网运行时，储能变流器脱离大电网运行，可为负荷提 供稳定的电压和频率支撑。

并网运行状态下储能变流器在电网失电后若需转到离网运行，则需 PCC 点 开关断开后迅速将并离网控制禁能，此时储能变流器会转入离网运行；离网运 行状态下储能变流器在电网恢复后若需转到并网运行，则需向储能变流器下发 同期使能信号，储能变流器接收到同期使能信号后会自动跟踪电网相位，当与 电网相位同步之后会向上层监控系统上传预同步完成状态，上层监控系统检测 到预同步完成后闭合 PCC 点开关， PCC 点开关闭合后上层监控系统向储能变流 器下发并离网控制使能信号，储能变流器检测到该使能信号后会转入并网运行。

C. 新能源构网型发电技术

在“双碳”背景下，我国明确构建以新能源为主体的新型电力系统，要求 新能源发电设备必须提升控制性能、以具备同步发电机或者类似同步发电机的 频率调节和电压控制能力，平抑新能源发电功率波动、降低大电网调峰压力， 提升大电网对新能源的接纳水平方面。

新能源构网发电技术的核心思路：储能控制光伏端口电压，并实现 MPPT 功能；变流器采用虚拟同步技术，并以滤波后的光伏实测功率作为同步机功率 指令，实现惯量阻尼、平滑波动。

新能源构网发电技术方案图

D. 低碳园区多能协调控制技术

低碳园区集中了光伏、储能、风电、充电桩、电网等多种能源和负荷，新 能源呈现波动性和间歇性的特征，用电负荷也具备较大的随机性，必须针对新 能源的发电特性和负载用电特性，确定集运行监控、功率调度、协调控制等功 能于一体的能量管理系统，能够对DC/DC 变流器、DC/AC 逆变器、以及负荷数 据等其他相关设备的信息进行集采协控。

• 运行数据采集与监控功能

• 功率调度功能：光伏输出功率的调节。光伏板的输出功率除受光照、温度条件影响外，还 受光伏输出电压的影响，可通过控制 DC/DC 变流器输入侧直流电压(即光伏板 输出电压)来调节光伏输出功率。为了充分利用光伏能源，DC/DC 变流器运行在最大功率模式，将全部光伏 能量输出到直流母线。

• 协调控制功能：功率协调，能量管理系统根据系统用电的容量需求，向变流器下发功率指 令，确保输出功率不大于本段实际负荷，避免功率进一步上送电网

• 与站控系统交互功能：能量管理系统可与站控系统通信，上传设备的运行状态、功率、电压等数 据，并接收站控系统的指令，协调底层设备的运行。

E. 双向直流充电机技术

基于本项目设计的微网结构，系统所提供充电桩接口需从直流750V 母线取 电，而目前交直流充电桩均以交流为输入，通过AC/DC 变换，从而对外提供直 流输出接口。因此，设计直流输入与直流输出充电桩对于后续的园区微网建设 推广具有积极作用。

三. 安科瑞光储充一体化微电网智慧能源平台

安科瑞微电网系统解决方案，通过在企业内部的源、网、荷、储、充的各个关键节点安装安科瑞自主研发的各类监测、分析、保护、治理装置；通过先进的控制、计量、通信等技术，将分布式电源、储能系统、可控负荷、电动汽车、电能路由器聚合在一起；平台根据最新的电网价格、用电负荷、电网调度指令等情况，灵活调整微电网控制策略并下发给储能、充电桩、逆变器等系统与设备，保证企业微电网始终安全、可靠、节约、高效、经济、低碳的运行。

3.1分布式光伏监控系统

3.2 工商业储能系统

3.3 有序充电系统

3.4 光储充一体化系统拓扑

对微电网的源、网、荷、储能系统、充电负荷进行实时监控、诊断告警、全景分析、有序管理和高级控制，满足微电网运行监视全面化、安全分析智能化、调整控制前瞻化、全景分析动态化的需求，完成不同目标下光储充资源之间的灵活互动与经济优化运行，实现能源效益、经济效益和环境效益zui大化。

3.5 能源协调控制器

安科瑞微电网协调控制器是一种应用于微电网、分布式发电、储能等领域的模块化 智能协调控制器。装置满足系统满足光伏系统、风力发电、储能系统以及充电桩等设备的接 入，通过对微电网系统进行全天候数据采集分析，监视光伏、风能、储能系统、充电桩运行 状态及健康状况，并在此基础上以安全经济优化运行为目标，获取优控制策略进而对微电 网实施调节控制，实现微电网分布式能源、储能系统、负荷的实时动态调节功能，促进新能 源就地化消纳，提高电网运行稳定性、补偿负荷波动；有效实现微电网的需求管理，提高微电网运行效率、降低供电成本，保障微电网安全、可靠、经济运行！

3.6 解决方案-能效管理+光储充系统案例

某新长城重工18Mw分布式光伏监控系统湖北新生源21.35Mw分布式光伏监控系统；

和光同程电池60Mw分布式光伏监控系统；金田铜业10kV储能系统；慈溪精忠10kV储能系统；

贵州某大学智慧能源管理平台；江苏灌南城区智慧停车场充电运行平台；缅甸某寺庙光储系统

湖南某机场光储充系统；江阴研究院光储充系统；某烟草公司光储充系统；深圳某交流中心能源平台；靖江某钢铁低碳能源平台；吉林某村光储充能源平台；合肥某园区智慧能源管理平台；某省交投中心智慧能源管理平台；某省高速公路智慧能源管理平台；辽宁某服务区智慧能源管理平台；河南某西片区智慧能源管理平台；河南某学院智慧能源管理平台·········

3.7 核心功能（优化控制，实现安全可靠、经济节约）

• 削峰填谷：配合储能设备、低充高放优化用能成本

• 柔性扩容：短期用电功率大于变压器容量时，储能快速放电，满足负载用能要求

• 有序充电：根据变压器容量、电价进行引导，利用技术进行协调充电功率，降低运营成本

• 防逆流：防止系统电力反送上网，避免考核

• 备用电源：紧急供电，保证供电质量

• 需量控制：能量储存、充放电功率跟踪，防止增加基础电费

• 某光储充微电网项目的策略

• 参与虚拟电厂

四. 总 结

本文围绕低碳园区光储充微电网系统展开，介绍了西安某电力电子技术有限公司针对该系统提出的方案，包括系统构成、主要设备及光伏直流拉弧检测、虚拟同步等五大技术创新，同时阐述了安科瑞光储充一体化微电网智慧能源平台的功能、拓扑及案例，展现了通过技术创新与智慧平台实现微电网安全、高效、经济、低碳运行的整体思路。