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淺談太陽能光伏發(fā)電技術與電能管理

更新時間：2024-10-15點擊次數(shù)：2037次

任運業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定 201801

摘要：太陽能光伏發(fā)電技術綜合了半導體材料、電力電子技術、現(xiàn)代控制技術、蓄電池技術和電力工程技術，已成為當前新能源發(fā)電領域備受研究關注的綜合性技術，具有發(fā)電過程簡單、電能供應穩(wěn)定、使用范圍廣、清潔無污染等優(yōu)點的太陽能光伏發(fā)電技術。在當前綠色能源背景下，太陽能光伏發(fā)電技術在我國取得了長足發(fā)展，重要性日益凸顯。介紹光伏發(fā)電基本原理、常見技術，闡述國內(nèi)外現(xiàn)有光伏發(fā)電技術現(xiàn)狀，探討光伏發(fā)電技術應用，展望光伏發(fā)電技術的發(fā)展方向。

關鍵詞：太陽能；光伏發(fā)電技術；新能源；光伏行業(yè)；新能源行業(yè)

0、前言

為了確保維護人類的生態(tài)環(huán)境并減輕大氣污染的影響，各國正努力促進可再生能源的研發(fā)。太陽能發(fā)電作為其中的重要組成部分，備受關注。太陽能發(fā)電相較于水電、風電、核電等能源形式，具備多項顯著的優(yōu)勢。首先，太陽能發(fā)電系統(tǒng)操作時無噪音，不會對周圍環(huán)境產(chǎn)生噪聲污染，有利于保持生態(tài)平衡。其次，太陽能發(fā)電過程中不產(chǎn)生有害氣體，無污染排放，有助于減緩氣候變化和改善空氣質量。三，太陽能發(fā)電受制約較少，光伏電池的安裝可以靈活進行，適用于多種地形和環(huán)境條件。四，太陽能發(fā)電系統(tǒng)的故障率相對較低具有較高的可靠性和穩(wěn)定性。太陽能設備維護簡便，大大降低了運營成本。

通過多年的開發(fā)，太陽能發(fā)電取得了長足的發(fā)展。根據(jù)所利用的資源不同，太陽能發(fā)電可分為太陽能熱發(fā)電和太陽能光發(fā)電，后者即人們常說的太陽能光伏發(fā)電。截至2022年底，全球光伏電站的累計裝機容量達到約1,101GW，至少有20個的光伏累計裝機容量超過1GW，其中，中國累計裝機容量居首(如圖1)，鞏固了全球光伏電站*大的裝機國地位。這表明光伏發(fā)電在全球范圍內(nèi)得到了迅速地推廣和發(fā)展，成為主要的清潔能源之一。

數(shù)據(jù)來源：《2023年全球光伏市場快照報告》

隨著技術的不斷進步和應用的推廣，太陽能發(fā)電有望成為推動全球可持續(xù)發(fā)展的關鍵力量，助力構建更加清潔、綠色的能源未來。通過介紹光伏發(fā)電基本原理、常見技術，總結國內(nèi)外現(xiàn)有光伏發(fā)電技術現(xiàn)狀，討論光伏發(fā)電技術的應用，展望光伏發(fā)電技術的發(fā)展方向。

1、太陽能光伏發(fā)電技術概述

1.1光伏發(fā)電基本原理

太陽能電池在太陽能光伏發(fā)電中扮演著關鍵的能量轉化角色。太陽能光伏發(fā)電的基本原理是通過光生伏特xiao應將太陽光直接轉化為電能。當太陽光照射到太陽能電池表面時，光生電子和空穴被生成，由內(nèi)建電場調控后形成光生電壓，這過程實現(xiàn)了將光能直接轉化為電能，成為太陽能電池的關鍵步驟。一旦接人負載，光生電壓驅動電子流動，完成電能輸出與利用。這一高效、可再生的能源轉化方式為清潔能源的可持續(xù)利用提供了技術基礎，有望在能源領域發(fā)揮更大作用。

1.2太陽能電池技術

太陽能電池在光伏發(fā)電系統(tǒng)中是關鍵組件，負責將太陽光轉化為電能，效率越高性能越好。市場上主要有多晶硅、薄膜太陽能電池和單晶硅三種類型。多晶硅電池成本相對較低但光電轉換效率稍低，薄膜電池輕薄柔性且成本低但效率相對較低，而單晶硅電池效率高但制造成本高。太陽能電池技術研發(fā)方向包括提高轉換效率、降低制造成本、改善系統(tǒng)可持續(xù)性和可靠性。提高效率增強能量捕獲效果，降低成本有助于技術推廣，而改善可持續(xù)性和可靠性確保系統(tǒng)在各種環(huán)境下穩(wěn)定運行，促進太陽能發(fā)電的長期應用。

1.3“孤島效應”檢測技術

孤島效應，即在電力網(wǎng)絡中斷電供應的情況下，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)持續(xù)運轉，為周邊負荷供應電能，構建了無法受電力公司操控的獨立供電體系。這種情況可能導致電壓和頻率失去有效控制，存在潛在風險影響用戶設備和維修人員。光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)進入孤島狀態(tài)可引發(fā)一系列問題，如果遇到電壓和頻率難以有效調節(jié)這種事情，那么很有可能造成用戶設備受損這種情況；同時，如果是維修人員也是很可能會因孤島中的帶電線路而處于危險的情境中。高性能孤島檢測系統(tǒng)能迅速檢測電網(wǎng)故障，在毫秒級別內(nèi)采取措施，具有可設置的靈敏度和自動重連時間，有效減少孤島期間的電力中斷，提高系統(tǒng)可靠性。此外，孤島檢測技術兼容不同型號的光伏系統(tǒng)和逆變器，符合國際安全標準，增強了系統(tǒng)的靈活性和通用性。主動式孤島檢測方法包括輸出功率擾動法、主動頻率偏移法等，其中頻率偏移法易操作且實用性強，廣泛應用于實際場景，旨在及時識別光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的孤島狀態(tài)，確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

1.4聚光光伏技術

聚光光伏技術是區(qū)別于傳統(tǒng)光伏系統(tǒng)的，聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽跟蹤機構、組件框架、聚光鏡、太陽能接收器組成，即通過高效率的光伏電池將聚焦后的太陽光直接轉化為電能的技術，其中，聚光光伏(ConcentratedPhotovoltaics)是聚光太陽能發(fā)電技術中*典型的代表。這種系統(tǒng)能夠*大程度地利用太陽能，提高光伏系統(tǒng)的能量輸出。聚光光伏系統(tǒng)使用的光伏電池的效率通常高于傳統(tǒng)太陽能電池，可達30%至40%，其常見的聚光比在300倍到1000倍之間。在實際應用中，CPV系統(tǒng)的跟蹤精度可以達到亞角秒(sub一arcsecond)的級別。這樣的高精度跟蹤系統(tǒng)可以確保太陽光在不同季節(jié)和天氣條件下始終被準確地聚焦在太陽能電池上，從而*大程度地提高能源轉換效率。與適用于各種光照條件下、無需高度聚光的傳統(tǒng)太陽能電池不同的是，CPV系統(tǒng)適用于要求高效能的環(huán)境，如陽光直射強烈的沙漠地區(qū)，使其能更有效地利用陽光。聚光光伏技術以其顯著的光電轉換效率優(yōu)勢成為新興電能生產(chǎn)模式，有望解決傳統(tǒng)能源供應不足，實現(xiàn)更高的發(fā)電功率密度。然而，該技術對光學器件制造和調整、系統(tǒng)維護以及安全方面提出了嚴格要求。通過對砷化鎵(GaAs)薄膜電池等聚光發(fā)電技術的研究，聚光光伏技術有望在大規(guī)模光伏發(fā)電項目中得到廣泛應用。作為新興發(fā)電技術，聚光光伏發(fā)電標志著可再生能源進人更高效和可持續(xù)的階段。通過優(yōu)化太陽能的捕獲和轉換過程，該技術不僅提高了發(fā)電效率，還減少了對傳統(tǒng)能源的依賴。引人聚光光伏發(fā)電技術將為可再生能源領域注人新的活力，為清潔能源的可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造更有利的條件。隨著技術不斷創(chuàng)新和應用，聚光光伏發(fā)電有望為全球能源格局帶來積極的變革，對環(huán)境保護至關重聚光光伏技術是區(qū)別于傳統(tǒng)光伏系統(tǒng)的，聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽跟蹤機構、組件框架、聚光鏡、太陽能接收器組成，即通過高效率的光伏電池將聚焦后的太陽光直接轉化為電能的技術，其中，聚光光伏(ConcentratedPhotovoltaics)是聚光太陽能發(fā)電技術中*典型的代表。這種系統(tǒng)能夠*大程度地利用太陽能，提高光伏系統(tǒng)的能量輸出。聚光光伏系統(tǒng)使用的光伏電池的效率通常高于傳統(tǒng)太陽能電池，可達30%至40%，其常見的聚光比在300倍到1000倍之間。在實際應用中，CPV系統(tǒng)的跟蹤精度可以達到亞角秒(sub一arcsecond)的級別。這樣的高精度跟蹤系統(tǒng)可以確保太陽光在不同季節(jié)和天氣條件下始終被準確地聚焦在太陽能電池上，從而*大程度地提高能源轉換效率。與適用于各種光照條件下、無需高度聚光的傳統(tǒng)太陽能電池不同的是，CPV系統(tǒng)適用于要求高效能的環(huán)境，如陽光直射強烈的沙漠地區(qū)，使其能更有效地利用陽光。聚光光伏技術以其顯著的光電轉換效率優(yōu)勢成為新興電能生產(chǎn)模式，有望解決傳統(tǒng)能源供應不足，實現(xiàn)更高的發(fā)電功率密度。然而，該技術對光學器件制造和調整、系統(tǒng)維護以及安全方面提出了嚴格要求。通過對砷化鎵(GaAs)薄膜電池等聚光發(fā)電技術的研究，聚光光伏技術有望在大規(guī)模光伏發(fā)電項目中得到廣泛應用。作為新興發(fā)電技術，聚光光伏發(fā)電標志著可再生能源進人更高效和可持續(xù)的階段。通過優(yōu)化太陽能的捕獲和轉換過程，該技術不僅提高了發(fā)電效率，還減少了對傳統(tǒng)能源的依賴。引人聚光光伏發(fā)電技術將為可再生能源領域注人新的活力，為清潔能源的可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造更有利的條件。隨著技術不斷創(chuàng)新和應用，聚光光伏發(fā)電有望為全球能源格局帶來積極的變革，對環(huán)境保護至關重要，為能源行業(yè)的未來發(fā)展打開斬新前景。

2、國內(nèi)外太陽能光伏發(fā)電技術發(fā)展現(xiàn)狀

2.1國外太陽能光伏發(fā)電技術現(xiàn)狀

近年來，光伏技術在全球范圍內(nèi)備受關注，各國紛紛加大對其研究和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的投人，推動了光伏發(fā)電領域的快速創(chuàng)新和廣泛應用，尤其是多晶硅太陽能電池在各類電池中應用*為廣泛。這種趨勢反映了對清潔能源的迫切需求，標志著光伏技術作為未來能源的主要選擇之一。通過不斷提升光伏發(fā)電技術水平，各國積極zhi力于提高發(fā)電效率、降低成本，例如，對電網(wǎng)結構和表面處理的不斷優(yōu)化等方法，積極尋求更加可持續(xù)和環(huán)保的能源解決方案。這一努力不僅為推動可再生能源行業(yè)的發(fā)展注入了新的動力，光電轉換效率得以提升，同時也為實現(xiàn)全球清潔能源轉型目標奠定了堅實的基礎。在光伏技術的引ling下，有望迎來更加綠色、可持續(xù)的能源時代。

除了多晶硅太陽能電池，薄膜太陽能電池采用非晶硅、銅鎵硒(CIGS)、銅傢硫(CIS)等材料制成薄膜層，具備較低的生產(chǎn)成本和更好的適應性。這種新型太陽能電池在柔性和輕質性能方面表現(xiàn)出色，使得其在建筑一體化、便攜式設備以及光伏電池組件的應用方面具備更大的靈活性。薄膜太陽能電池的制備過程相對簡單，生產(chǎn)能耗較低，這不僅有望降低整體能源生產(chǎn)的環(huán)境影響，還能夠推動太陽能技術在更廣泛的應用領域取得突破。隨著對清潔能源的不斷追求，薄膜太陽能電池的研究和應用將成為太陽能領域一個備受關注的發(fā)展方向。

為了進一步提高太陽能電池的效率，國際研究機構正在積極探索和開發(fā)新型高效太陽能電池技術。其中，光伏領域的創(chuàng)新不斷涌現(xiàn)，涉及多種新材料和結構設計。一些新型太陽能電池技術，如鈣鈦礦太陽能電池、有機太陽能電池和雙面太陽能電池等，正在成為研究熱點。鈣鈦礦太陽能電池以其高效的光電轉換率和相對低的制造成本而備受矚目。其靈活性和輕量化的特性使其在建筑集成和便攜設備等領域具有廣泛應用潛力。同時，有機太陽能電池通過采用有機半導體材料，拓展了光伏技術的應用領域，為柔性電子和可穿戴設備提供了更多可能性。雙面太陽能電池則以其能夠吸收正反兩面光線的設計，提高了光能的利用效率。這種技術適用于多種場景，包括大型光伏電站和建筑一體化項目。這些新型技術的研發(fā)推動了太陽能電池的性能和應用領域的不斷拓展，為清潔能源未來的發(fā)展注人了新的活力。

此外，多級太陽能電池作為一種創(chuàng)新型電池，通過將不同材料的多個薄膜層疊加在一起，實現(xiàn)了對光譜的多級吸收和電子的多級傳輸，進一步提高了光電轉換效率[。這一系列技術創(chuàng)新推動了太陽能電池行業(yè)的不斷進步，為可再生能源的更加廣泛應用奠定了堅實基礎。

2.2國內(nèi)太陽能光伏發(fā)電技術現(xiàn)狀

在20世紀70年代，我國太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)初露端倪。當時，太陽能電池及相關裝置的生產(chǎn)量起步較為艱難，隨著政策支持和技術創(chuàng)新的不懈推動，產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷了20多年的發(fā)展，取得了顯著的成果。太陽能光伏技術逐漸成熟，產(chǎn)品性能穩(wěn)步提升，生產(chǎn)規(guī)模也實現(xiàn)了迅猛增長。我國太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)逐漸步人穩(wěn)健發(fā)展的階段。對可再生能源的支持政策不斷完善，各類技術創(chuàng)新層出不窮，太陽能光伏產(chǎn)業(yè)鏈逐漸完備。同時，市場需求的不斷增長也推動了太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的繁榮發(fā)展。這一階段的發(fā)展為我國太陽能光伏產(chǎn)業(yè)奠定了堅實的基礎，為未來的可再生能源發(fā)展奠定了重要的技術和產(chǎn)業(yè)基礎。

盡管太陽能光伏技術在農(nóng)村地區(qū)取得了一定的成功，但在實現(xiàn)大規(guī)模并網(wǎng)發(fā)電方面，仍面臨一些挑戰(zhàn)。我國電力結構需要進一步發(fā)展和優(yōu)化，以更好地適應不斷增長的市場需求。為了推動太陽能光伏技術在全國范圍內(nèi)的普及和應用，需要建立健全的政策體系，提供更多的激勵措施，包括財政和稅收支持，降低設備成本，并加大對研發(fā)的資金投入。在政策支持的基礎上，不斷提高太陽能光伏技術的效益和可靠性，增加其在電力系統(tǒng)中的比重。技術創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)鏈升級以及國際合作將是未來太陽能光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向。通過各方共同努力，太陽能光伏技術有望在我國實現(xiàn)更為廣泛和深入的應用，為清潔能源的可持續(xù)發(fā)展做出更大的貢獻。

太陽能光伏發(fā)電技術應用

3.1獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)

獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)，展現(xiàn)了在不同應用場景中的獨te優(yōu)勢和特點，與并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)形成對比。首先，獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)不依賴于電網(wǎng)，具備自主運行的能力。這使得它在偏遠地區(qū)、無電區(qū)域或需要臨時電源的場合中具有獨te的適用性。獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)通常采用直流供電或交流供電的方式，具備一定的靈活性。相比并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，獨立系統(tǒng)的設計更為簡單，更容易實現(xiàn)。

然而，獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)也面臨一些挑戰(zhàn)，特別是在穩(wěn)定性方面。受天氣變化影響大，穩(wěn)定性相對較差，因此更適用于一些特定環(huán)境下的獨立供電需求。未來，隨著技術的不斷進步和研究的深入，獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)有望。

盡管獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定性相對較低，但其在偏遠地區(qū)提供電力的優(yōu)勢使其在特定應用場景中具有獨te的價值。未來隨著技術的不斷發(fā)展，獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性有望得到進一步提升從而在更多領域發(fā)揮其獨te的優(yōu)勢，為更廣泛的應用場景創(chuàng)造更多可能，為能源供應提供更為靈活和可持續(xù)的解決方案。

3.2并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)

并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)通過與公共電網(wǎng)相連接，展現(xiàn)了其在電力領域中的重要性和廣泛應用。這種系統(tǒng)在能源替代和供電效率方面表現(xiàn)出色，相較于獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)具有一系列優(yōu)勢。首先，與公共電網(wǎng)連接使得系統(tǒng)能夠隨時調節(jié)供電狀態(tài)，確保穩(wěn)定的電力輸出。其能源替代效果xian著，對環(huán)境污染的減少和能耗控制的提高具有積極作用。

并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作原理簡單而高效，光能通過光伏電池轉化為電能，然后與公共電網(wǎng)連接，實現(xiàn)電能的傳輸和共享。這一連接還帶來了電網(wǎng)調峰的功能，有助于維持電網(wǎng)末端電壓的穩(wěn)定，改善功率因數(shù)，減少電網(wǎng)損耗。而且，其具備與電網(wǎng)相互交互的特性，隨時可以向電網(wǎng)存取電能，使系統(tǒng)更加靈活。

在建筑物應用方面，與公共電網(wǎng)連接的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)通常采用建筑一體化的模式。光伏方陣與建筑物相結合，形成屋頂光伏方陣、墻面光伏方陣等，不僅能夠為建筑內(nèi)部提供電能，還能將多余的電能返還給電網(wǎng)。相較于獨立系統(tǒng)，不再依賴蓄電池可以降低建設成本，提高供電可靠性。

總體而言，并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)在當前電力工業(yè)中扮演著重要的角色，是推動太陽能光伏技術主流發(fā)展的重要方向。其清潔、高效、可持續(xù)的特點使其成為當今世界電力系統(tǒng)中備受關注的關鍵技術之一。

3.3混合光伏發(fā)電系統(tǒng)

混合光伏發(fā)電系統(tǒng)中的“混合”一詞，是指將太陽能與其他非太陽能能源的發(fā)電系統(tǒng)進行整合，以實現(xiàn)更全面的能源利用和更穩(wěn)定的供電。這一系統(tǒng)設計的核心思想在于充分發(fā)揮各種能源系統(tǒng)的優(yōu)勢，從而在不同條件下保證電力的持續(xù)供應。

在混合光伏發(fā)電系統(tǒng)中，太陽能與生物質能發(fā)電系統(tǒng)、風力發(fā)電系統(tǒng)、地熱發(fā)電系統(tǒng)等可以相互協(xié)調工作。這種整合的方式不僅可以彌補光伏發(fā)電系統(tǒng)在一些氣候條件下穩(wěn)定性較差的問題，還能有效控制負載缺電率，減少對天氣的依賴性。例如，在冬天風力較大且日照較差的地區(qū)，通過與風力發(fā)電系統(tǒng)混合使用，可以更好地應對氣象變化，保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

混合光伏發(fā)電系統(tǒng)的整合形式既可以采用并網(wǎng)方式，也可以是獨立系統(tǒng)。這樣的設計不僅提高了系統(tǒng)的靈活性，還能更好地適應不同地區(qū)的能源需求。并網(wǎng)形式下，系統(tǒng)可以靈活地向電網(wǎng)存取電能，減少線路損耗，提高電力系統(tǒng)的整體效益。而獨立形式下，系統(tǒng)則更具自主供電能力，適用于一些偏遠地區(qū)或特殊場合。

混合光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展，有望為能源領域帶來更為靈活、可靠的解決方案，實現(xiàn)多能源協(xié)同發(fā)電的目標。這也進一步推動了清潔能源技術的發(fā)展，為全球可持續(xù)能源體系的建設做出了積極的貢獻。

4、太陽能光伏發(fā)電技術發(fā)展趨勢

當前我國太陽能光伏發(fā)電技術逐漸成熟，2022年中國光伏新增裝機容量仍達到87.41GW，根據(jù)預測，未來3一5年(如圖2)，中國年增加裝機容量可達70GW，全力推動實現(xiàn)碳達峰碳中和目標。但其發(fā)展受到多方面因素的影響。首先，光伏材料的成本相對較高，特別是高轉換率的光伏單晶硅電池板，其生產(chǎn)成本較為昂貴。這使得在一些地區(qū)和市場上，光伏發(fā)電系統(tǒng)的建設投資相對較大，成為一些潛在投資者猶豫的因素。為解決這一問題，持續(xù)降低光伏材料的生產(chǎn)成本成為業(yè)界關注的焦點，以促進更廣泛的光伏應用。

其次，盡管光伏發(fā)電系統(tǒng)具有使用壽命長、維護成本低等優(yōu)勢，但其穩(wěn)定性仍受氣候條件的影響較大。在一些地區(qū)，冬季天氣條件可能導致系統(tǒng)性能下降，從而影響發(fā)電效率。為應對這一問題，研究者們致力于提高光伏系統(tǒng)的適應性，例如通過混合光伏系統(tǒng)的方式，有效降低負載缺電率，減輕對氣象條件的過度依賴。

此外，發(fā)展光伏建筑一體化技術也是提升光伏發(fā)電系統(tǒng)適用性的重要方向。將光伏方陣與建筑相結合，形成光電屋頂、光電遮陽板等形式，不僅能夠更好地融入建筑環(huán)境，還可充分利用建筑外表面進行能源收集。這種技術的推廣有望降低光伏系統(tǒng)的整體建設成本，提高系統(tǒng)的美觀性和環(huán)境適應性。

盡管光伏發(fā)電系統(tǒng)面臨一些挑戰(zhàn)，但隨著技術的不斷進步和創(chuàng)新，以及全球可再生能源的增加，光伏技術的發(fā)展前景仍然廣闊。解決上述問題，推動光伏系統(tǒng)更廣泛、更高效地應用，將是未來光伏領域不斷努力的方向。

光伏發(fā)電被認為將成為未來全球能源消費的引ling產(chǎn)業(yè)，預計將逐步取代一些傳統(tǒng)能源，如污染嚴重、利用率低的能源形式，成為未來主要的能源供應方式。在接下來的十幾年里，中國的太陽能光伏產(chǎn)業(yè)有望持續(xù)保持持，實施育人。

三是加強雙師孵化，推動教師成長。打造緊密協(xié)作的教師共同體，互幫互助，共同成長。數(shù)字化人才的培養(yǎng)離不開校企雙導師的協(xié)作，通過校企導師的幫扶，校內(nèi)導師加深對崗位需求的認識，實踐技能得到提升；企業(yè)導師加深對教學規(guī)律的認識，教學能力得到提升。在項目協(xié)作中，打造出“懂專業(yè)、能實戰(zhàn)、會教學”的門店運營人才的師資隊伍。

5、安科瑞Acrel-2000MG微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)概述

5.1概述

Acrel-2000MG微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)，是我司根據(jù)新型電力系統(tǒng)下微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)與微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的要求，總結國內(nèi)外的研究和生產(chǎn)的經(jīng)驗，專門研制出的企業(yè)微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)。本系統(tǒng)滿足光伏系統(tǒng)、風力發(fā)電、儲能系統(tǒng)以及充電樁的接入，全天候進行數(shù)據(jù)采集分析，直接監(jiān)視光伏、風能、儲能系統(tǒng)、充電樁運行狀態(tài)及健康狀況，是一個集監(jiān)控系統(tǒng)、能量管理為一體的管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)在安全穩(wěn)定的基礎上以經(jīng)濟優(yōu)化運行為目標，促進可再生能源應用，提高電網(wǎng)運行穩(wěn)定性、補償負荷波動；有效實現(xiàn)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(yè)微電網(wǎng)能量管理提供安全、可靠、經(jīng)濟運行提供了全新的解決方案。

微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)應采用分層分布式結構，整個能量管理系統(tǒng)在物理上分為三個層：設備層、網(wǎng)絡通信層和站控層。站級通信網(wǎng)絡采用標準以太網(wǎng)及TCP/IP通信協(xié)議，物理媒介可以為光纖、網(wǎng)線、屏蔽雙絞線等。系統(tǒng)支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信規(guī)約。

5.2技術標準

本方案遵循的標準有：

本技術規(guī)范書提供的設備應滿足以下規(guī)定、法規(guī)和行業(yè)標準：

GB/T26802.1-2011工業(yè)控制計算機系統(tǒng)通用規(guī)范1部分：通用要求

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

GB/T26802.5-2011工業(yè)控制計算機系統(tǒng)通用規(guī)范5部分：場地安全要求

GB/T26802.6-2011工業(yè)控制計算機系統(tǒng)通用規(guī)范6部分：驗收大綱

GB/T2887-2011計算機場地通用規(guī)范

GB/T20270-2006信息安全技術網(wǎng)絡基礎安全技術要求

GB50174-2018電子信息系統(tǒng)機房設計規(guī)范

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

DL/T634.5104遠動設備及系統(tǒng)5-104部分:傳輸規(guī)約采用標準傳輸協(xié)議子集的IEC60870-5-網(wǎng)絡訪問101

GB/T33589-2017微電網(wǎng)接入電力系統(tǒng)技術規(guī)定

GB/T36274-2018微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)技術規(guī)范

GB/T51341-2018微電網(wǎng)工程設計標準

GB/T36270-2018微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)技術規(guī)范

DL/T1864-2018獨立型微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)技術規(guī)范

T/CEC182-2018微電網(wǎng)并網(wǎng)調度運行規(guī)范

T/CEC150-2018低壓微電網(wǎng)并網(wǎng)一體化裝置技術規(guī)范

T/CEC151-2018并網(wǎng)型交直流混合微電網(wǎng)運行與控制技術規(guī)范

T/CEC152-2018并網(wǎng)型微電網(wǎng)需求響應技術要求

T/CEC153-2018并網(wǎng)型微電網(wǎng)負荷管理技術導則

T/CEC182-2018微電網(wǎng)并網(wǎng)調度運行規(guī)范

T/CEC5005-2018微電網(wǎng)工程設計規(guī)范

NB/T10148-2019微電網(wǎng)1部分：微電網(wǎng)規(guī)劃設計導則

NB/T10149-2019微電網(wǎng)2部分：微電網(wǎng)運行導則

5.3適用場合

系統(tǒng)可應用于城市、高速公路、工業(yè)園區(qū)、工商業(yè)區(qū)、居民區(qū)、智能建筑、海島、無電地區(qū)可再生能源系統(tǒng)監(jiān)控和能量管理需求。

5.4型號說明

5.5系統(tǒng)配置

5.5.1系統(tǒng)架構

本平臺采用分層分布式結構進行設計，即站控層、網(wǎng)絡層和設備層，詳細拓撲結構如下：

圖1典型微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)組網(wǎng)方式

5.6系統(tǒng)功能

5.6.1實時監(jiān)測

微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)人機界面友好，應能夠以系統(tǒng)一次電氣圖的形式直觀顯示各電氣回路的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電參數(shù)信息，動態(tài)監(jiān)視各回路斷路器、隔離開關等合、分閘狀態(tài)及有關故障、告警等信號。其中，各子系統(tǒng)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(shù)、頻率和正向有功電能累計值；狀態(tài)參數(shù)主要有：開關狀態(tài)、斷路器故障脫扣告警等。

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

系統(tǒng)應可以對儲能系統(tǒng)進行狀態(tài)管理，能夠根據(jù)儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)進行及時告警，并支持定期的電池維護。

微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)界面包括系統(tǒng)主界面，包含微電網(wǎng)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(jié)能減排信息、功率信息、電量信息、電壓電流情況等。根據(jù)不同的需求，也可將充電，儲能及光伏系統(tǒng)信息進行顯示。

圖2系統(tǒng)主界面

子界面主要包括系統(tǒng)主接線圖、光伏信息、風電信息、儲能信息、充電樁信息、通訊狀況及一些統(tǒng)計列表等。

5.6.2光伏界面

圖3光伏系統(tǒng)界面

本界面用來展示對光伏系統(tǒng)信息，主要包括逆變器直流側、交流側運行狀態(tài)監(jiān)測及報警、逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計及分析、并網(wǎng)柜電力監(jiān)測及發(fā)電量統(tǒng)計、電站發(fā)電量年有效利用小時數(shù)統(tǒng)計、發(fā)電收益統(tǒng)計、碳減排統(tǒng)計、輻照度/風力/環(huán)境溫濕度監(jiān)測、發(fā)電功率模擬及效率分析；同時對系統(tǒng)的總功率、電壓電流及各個逆變器的運行數(shù)據(jù)進行展示。

3.6.1.2儲能界面

圖4儲能系統(tǒng)界面

本界面主要用來展示本系統(tǒng)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。

圖5儲能系統(tǒng)PCS參數(shù)設置界面

本界面主要用來展示對PCS的參數(shù)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。

圖6儲能系統(tǒng)BMS參數(shù)設置界面

本界面用來展示對BMS的參數(shù)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。

圖7儲能系統(tǒng)PCS電網(wǎng)側數(shù)據(jù)界面

本界面用來展示對PCS電網(wǎng)側數(shù)據(jù)，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數(shù)等。

圖8儲能系統(tǒng)PCS交流側數(shù)據(jù)界面

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

圖9儲能系統(tǒng)PCS直流側數(shù)據(jù)界面

本界面用來展示對PCS直流側數(shù)據(jù)，主要包括電壓、電流、功率、電量等。同時針對直流側的異常信息進行告警。

圖10儲能系統(tǒng)PCS狀態(tài)界面

本界面用來展示對PCS狀態(tài)信息，主要包括通訊狀態(tài)、運行狀態(tài)、STS運行狀態(tài)及STS故障告警等。

圖11儲能電池狀態(tài)界面

本界面用來展示對BMS狀態(tài)信息，主要包括儲能電池的運行狀態(tài)、系統(tǒng)信息、數(shù)據(jù)信息以及告警信息等，同時展示當前儲能電池的SOC信息。

圖12儲能電池簇運行數(shù)據(jù)界面

本界面用來展示對電池簇信息，主要包括儲能各模組的電芯電壓與溫度，并展示當前電芯的*大、*小電壓、溫度值及所對應的位置。

5.6.3風電界面

圖13風電系統(tǒng)界面

本界面用來展示對風電系統(tǒng)信息，主要包括逆變控制一體機直流側、交流側運行狀態(tài)監(jiān)測及報警、逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計及分析、電站發(fā)電量年有效利用小時數(shù)統(tǒng)計、發(fā)電收益統(tǒng)計、碳減排統(tǒng)計、風速/風力/環(huán)境溫濕度監(jiān)測、發(fā)電功率模擬及效率分析；同時對系統(tǒng)的總功率、電壓電流及各個逆變器的運行數(shù)據(jù)進行展示。

5.6.4充電樁界面

圖14充電樁界面

本界面用來展示對充電樁系統(tǒng)信息，主要包括充電樁用電總功率、交直流充電樁的功率、電量、電量費用，變化曲線、各個充電樁的運行數(shù)據(jù)等。

5.6.5視頻監(jiān)控界面

圖15微電網(wǎng)視頻監(jiān)控界面

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

5.6.6發(fā)電預測

系統(tǒng)應可以通過歷史發(fā)電數(shù)據(jù)、實測數(shù)據(jù)、未來天氣預測數(shù)據(jù)，對分布式發(fā)電進行短期、超短期發(fā)電功率預測，并展示合格率及誤差分析。根據(jù)功率預測可進行人工輸入或者自動生成發(fā)電計劃，便于用戶對該系統(tǒng)新能源發(fā)電的集中管控。

圖16光伏預測界面

5.6.7策略配置

系統(tǒng)應可以根據(jù)發(fā)電數(shù)據(jù)、儲能系統(tǒng)容量、負荷需求及分時電價信息，進行系統(tǒng)運行模式的設置及不同控制策略配置。如削峰填谷、周期計劃、需量控制、有序充電、動態(tài)擴容等。

圖17策略配置界面

5.6.8運行報表

應能查詢各子系統(tǒng)、回路或設備指ding時間的運行參數(shù)，報表中顯示電參量信息應包括：各相電流、三相電壓、總功率因數(shù)、總有功功率、總無功功率、正向有功電能等。

圖18運行報表

5.6.9實時報警

應具有實時報警功能，系統(tǒng)能夠對各子系統(tǒng)中的逆變器、雙向變流器的啟動和關閉等遙信變位，及設備內(nèi)部的保護動作或事故跳閘時應能發(fā)出告警，應能實時顯示告警事件或跳閘事件，包括保護事件名稱、保護動作時刻；并應能以彈窗、聲音、短信和電話等形式通知相關人員。

圖19實時告警

5.6.10歷史事件查詢

應能夠對遙信變位，保護動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)、電芯溫度(鋰離子電池)、壓力(液流電池)、光照、風速、氣壓越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析。

圖20歷史事件查詢

5.6.11電能質量監(jiān)測

應可以對整個微電網(wǎng)系統(tǒng)的電能質量包括穩(wěn)態(tài)狀態(tài)和暫態(tài)狀態(tài)進行持續(xù)監(jiān)測，使管理人員實時掌握供電系統(tǒng)電能質量情況，以便及時發(fā)現(xiàn)和消除供電不穩(wěn)定因素。

1)在供電系統(tǒng)主界面上應能實時顯示各電能質量監(jiān)測點的監(jiān)測裝置通信狀態(tài)、各監(jiān)測點的A/B/C相電壓總畸變率、三相電壓不平衡度百fen百和正序/負序/零序電壓值、三相電流不平衡度百fen百和正序/負序/零序電流值；

2)諧波分析功能：系統(tǒng)應能實時顯示A/B/C三相電壓總諧波畸變率、A/B/C三相電流總諧波畸變率、奇次諧波電壓總畸變率、奇次諧波電流總畸變率、偶次諧波電壓總畸變率、偶次諧波電流總畸變率；應能以柱狀圖展示2-63次諧波電壓含有率、2-63次諧波電壓含有率、0.5～63.5次間諧波電壓含有率、0.5～63.5次間諧波電流含有率；

3)電壓波動與閃變：系統(tǒng)應能顯示A/B/C三相電壓波動值、A/B/C三相電壓短閃變值、A/B/C三相電壓長閃變值；應能提供A/B/C三相電壓波動曲線、短閃變曲線和長閃變曲線；應能顯示電壓偏差與頻率偏差；

4)功率與電能計量：系統(tǒng)應能顯示A/B/C三相有功功率、無功功率和視在功率；應能顯示三相總有功功率、總無功功率、總視在功率和總功率因素；應能提供有功負荷曲線，包括日有功負荷曲線(折線型)和年有功負荷曲線(折線型)；

5)電壓暫態(tài)監(jiān)測：在電能質量暫態(tài)事件如電壓暫升、電壓暫降、短時中斷發(fā)生時，系統(tǒng)應能產(chǎn)生告警，事件能以彈窗、閃爍、聲音、短信、電話等形式通知相關人員；系統(tǒng)應能查看相應暫態(tài)事件發(fā)生前后的波形。

6)電能質量數(shù)據(jù)統(tǒng)計：系統(tǒng)應能顯示1min統(tǒng)計整2h存儲的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，包括均值、*大值、*小值、95%概率值、方均根值。

7)事件記錄查看功能：事件記錄應包含事件名稱、狀態(tài)(動作或返回)、波形號、越限值、故障持續(xù)時間、事件發(fā)生的時間。

圖21微電網(wǎng)系統(tǒng)電能質量界面

5.6.12遙控功能

應可以對整個微電網(wǎng)系統(tǒng)范圍內(nèi)的設備進行遠程遙控操作。系統(tǒng)維護人員可以通過管理系統(tǒng)的主界面完成遙控操作，并遵循遙控預置、遙控返校、遙控執(zhí)行的操作順序，可以及時執(zhí)行調度系統(tǒng)或站內(nèi)相應的操作命令。

圖22遙控功能

5.6.13曲線查詢

應可在曲線查詢界面，可以直接查看各電參量曲線，包括三相電流、三相電壓、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、SOC、SOH、充放電量變化等曲線。

5.6.14統(tǒng)計報表

具備定時抄表匯總統(tǒng)計功能，用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運行以來任意時間段內(nèi)各配電節(jié)點的用電情況，即該節(jié)點進線用電量與各分支回路消耗電量的統(tǒng)計分析報表。對微電網(wǎng)與外部系統(tǒng)間電能量交換進行統(tǒng)計分析；對系統(tǒng)運行的節(jié)能、收益等分析；具備對微電網(wǎng)供電可靠性分析，包括年停電時間、年停電次數(shù)等分析；具備對并網(wǎng)型微電網(wǎng)的并網(wǎng)點進行電能質量分析。

圖24統(tǒng)計報表

5.6.15網(wǎng)絡拓撲圖

系統(tǒng)支持實時監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設備的通信狀態(tài)，能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網(wǎng)絡結構；可在線診斷設備通信狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)絡異常時能自動在界面上顯示故障設備或元件及其故障部位。

圖25微電網(wǎng)系統(tǒng)拓撲界面

本界面主要展示微電網(wǎng)系統(tǒng)拓撲，包括系統(tǒng)的組成內(nèi)容、電網(wǎng)連接方式、斷路器、表計等信息。

5.6.16通信管理

可以對整個微電網(wǎng)系統(tǒng)范圍內(nèi)的設備通信情況進行管理、控制、數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測。系統(tǒng)維護人員可以通過管理系統(tǒng)的主程序右鍵打開通信管理程序，然后選擇通信控制啟動所有端口或某個端口，快速查看某設備的通信和數(shù)據(jù)情況。通信應支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信規(guī)約。

5.6.17用戶權限管理

應具備設置用戶權限管理功能。通過用戶權限管理能夠防止未經(jīng)授權的操作(如遙控操作，運行參數(shù)修改等)。可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限，為系統(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

5.6.18故障錄波

應可以在系統(tǒng)發(fā)生故障時，自動準確地記錄故障前、后過程的各相關電氣量的變化情況，通過對這些電氣量的分析、比較，對分析處理事故、判斷保護是否正確動作、提高電力系統(tǒng)安全運行水平有著重要作用。其中故障錄波共可記錄16條，每條錄波可觸發(fā)6段錄波，每次錄波可記錄故障前8個周波、故障后4個周波波形，總錄波時間共計46s。每個采樣點錄波至少包含12個模擬量、10個開關量波形。

5.6.19事故追憶

可以自動記錄事故時刻前后一段時間的所有實時掃描數(shù)據(jù)，包括開關位置、保護動作狀態(tài)、遙測量等，形成事故分析的數(shù)據(jù)基礎。

用戶可自定義事故追憶的啟動事件，當每個事件發(fā)生時，存儲事故qian10個掃描周期及事故后10個掃描周期的有關點數(shù)據(jù)。啟動事件和監(jiān)視的數(shù)據(jù)點可由用戶指ding和隨意修改。

圖29事故追憶

6硬件及其配套產(chǎn)品

序號	設備	型號	圖片	說明
1	能量管理系統(tǒng)	Acrel-2000MG		內(nèi)部設備的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控，由通信管理機、工業(yè)平板電腦、串口服務器、遙信模塊及相關通信輔件組成。數(shù)據(jù)采集、上傳及轉發(fā)至服務器及協(xié)同控制裝置策略控制:計劃曲線、需量控制、削峰填谷、備用電源等
2	顯示器	25.1英寸液晶顯示器		系統(tǒng)軟件顯示載體
3	UPS電源	UPS2000-A-2-KTTS		為監(jiān)控主機提供后備電源
4	打印機	HP108AA4		用以打印操作記錄，參數(shù)修改記錄、參數(shù)越限、復限，系統(tǒng)事故，設備故障，保護運行等記錄，以召喚打印為主要方式
5	音箱	R19U		播放報警事件信息
6	工業(yè)網(wǎng)絡交換機	D-LINKDES-1016A16		提供16口百兆工業(yè)網(wǎng)絡交換機解決了通信實時性、網(wǎng)絡安全性、本質安全與安全防爆技術等技術問題
7	GPS時鐘	ATS1200GB		利用gps同步衛(wèi)星信號，接收1pps和串口時間信息，將本地的時鐘和gps衛(wèi)星上面的時間進行同步
8	交流計量電表	AMC96L-E4/KC		電力參數(shù)測量(如單相或者三相的電流、電壓、有功功率、無功功率、視在功率,頻率、功率因數(shù)等)、復費率電能計量、四象限電能計量、諧波分析以及電能監(jiān)測和考核管理。多種外圍接口功能:帶有RS485/MODBUS-RTU協(xié)議:帶開關量輸入和繼電器輸出可實現(xiàn)斷路器開關的"遜信“和“遙控”的功能
9	直流計量電表	PZ96L-DE		可測量直流系統(tǒng)中的電壓、電流、功率、正向與反向電能。可帶RS485通訊接口、模擬量數(shù)據(jù)轉換、開關量輸入/輸出等功能
10	電能質量監(jiān)測	APView500		實時監(jiān)測電壓偏差、頻率俯差、三相電壓不平衡、電壓波動和閃變、諾波等電能質量，記錄各類電能質量事件,定位擾動源。
11	防孤島裝置	AM5SE-IS		防孤島保護裝置，當外部電網(wǎng)停電后斷開和電網(wǎng)連接
12	箱變測控裝置	AM6-PWC		置針對光伏、風能、儲能升壓變不同要求研發(fā)的集保護，測控，通訊一體化裝置，具備保護、通信管理機功能、環(huán)網(wǎng)交換機功能的測控裝置
13	通信管理機	ANet-2E851		能夠根據(jù)不同的采集規(guī)的進行水表、氣表、電表、微機保護等設備終端的數(shù)據(jù)果集匯總: 提供規(guī)約轉換、透明轉發(fā)、數(shù)據(jù)加密壓縮、數(shù)據(jù)轉換、邊緣計算等多項功能:實時多任務并行處理數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)轉發(fā)，可多鏈路上送平臺據(jù):
14	串口服務器	Aport		功能:轉換“輔助系統(tǒng)"的狀態(tài)數(shù)據(jù)，反饋到能量管理系統(tǒng)中。 1)空調的開關，調溫，及完quan斷電(二次開關實現(xiàn)) 2)上傳配電柜各個空開信號 3)上傳UPS內(nèi)部電量信息等 4)接入電表、BSMU等設備
15	遙信模塊	ARTU-K16		1)反饋各個設備狀態(tài)，將相關數(shù)據(jù)到串口服務器: 讀消防VO信號，并轉發(fā)給到上層(關機、事件上報等) 2)采集水浸傳感器信息，并轉發(fā)3)給到上層(水浸信號事件上報) 4)讀取門禁程傳感器信息，并轉發(fā)