摘 要：隨著工商業(yè)用戶對供電連續(xù)性、用能經(jīng)濟(jì)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(shí)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(yùn)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(yùn)行穩(wěn)定性，降低綜合用能成本，兼顧可靠性與經(jīng)濟(jì)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(jià)值。

關(guān)鍵詞：光儲柴一體化；Acrel-2000ES；STS/ATS協(xié)同切換；并離網(wǎng)控制；能量管理

1、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(qiáng)，市電波動、短時(shí)停電或限電等問題會直接影響生產(chǎn)節(jié)拍與關(guān)鍵負(fù)荷安全；同時(shí)，柴油發(fā)電作為應(yīng)急手段普遍存在運(yùn)行成本高、維護(hù)工作量大等問題，推動用戶向“光伏 + 儲能 + 柴發(fā)”的多能互補(bǔ)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?fù)湎?，仍普遍面臨以下痛點(diǎn)與挑戰(zhàn)：

（1）主備電源切換與運(yùn)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(yàn)或分散控制，容易出現(xiàn)切換時(shí)機(jī)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。

（2）并離網(wǎng)運(yùn)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。

（3）多能源經(jīng)濟(jì)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(shí)間低效運(yùn)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。

（4）多機(jī)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(yùn)行時(shí)，對實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)一致性、主機(jī)與從機(jī)協(xié)同策略及異常工況下的容錯(cuò)能力要求更高；若通信或策略不善，可能出現(xiàn)功率分配偏差、SOC 分化、單機(jī)異常影響整體運(yùn)行等風(fēng)險(xiǎn)。

（5）統(tǒng)一監(jiān)控與運(yùn)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(shí)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。

2、項(xiàng)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(shí)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(shí)現(xiàn)20ms內(nèi)無縫切換，有效降低切換工程中對關(guān)鍵負(fù)荷的電壓擾動與供電中斷風(fēng)險(xiǎn)，保障連續(xù)穩(wěn)定供電?，F(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(jìn)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(shí)現(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)聯(lián)動與告警管理。

項(xiàng)目控制目標(biāo)為：并網(wǎng)時(shí)按“光伏優(yōu)先、市電補(bǔ)充、儲能調(diào)節(jié)”運(yùn)行，結(jié)合公共連接點(diǎn)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(shí)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(shí)自動啟停柴發(fā)，維持系統(tǒng)穩(wěn)定。系統(tǒng)支持多機(jī)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(jī)系統(tǒng)原理圖

圖2 光儲一體機(jī)與STS/ATS柜實(shí)物圖

3、解決方案

為了實(shí)現(xiàn)客戶需求，光儲柴一體機(jī)柜內(nèi)配置Acrel-2000ES儲能能量管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有完那個(gè)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(xì)信息，實(shí)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(bào)警管理、統(tǒng)計(jì)報(bào)表等功能。在高級應(yīng)用上支持能量調(diào)度，具備計(jì)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(jìn)行實(shí)時(shí)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(jìn)行充放電控制，優(yōu)化了電池性能，提高電池壽命。同時(shí)，采用通訊管理機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳光儲云平臺，便于運(yùn)營商在云平臺進(jìn)行多站點(diǎn)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

表1產(chǎn)品清單

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(diǎn)保障并離網(wǎng)平滑過渡與關(guān)鍵負(fù)荷不間斷供電。為應(yīng)對“光儲+柴發(fā)+STS/ATS”協(xié)同運(yùn)行中可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)，能量管理系統(tǒng)持續(xù)優(yōu)化并完那個(gè)善了以下關(guān)鍵功能：

（1）SOC主動均衡：在多機(jī)協(xié)同運(yùn)行過程中，通過動態(tài)分配策略調(diào)節(jié)各機(jī)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(yùn)行偏差，提升系統(tǒng)整體穩(wěn)定性。

（2）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(shí)現(xiàn)并離網(wǎng)模式平滑轉(zhuǎn)換，切換時(shí)間可控制在20ms內(nèi)，顯著提升關(guān)鍵負(fù)荷供電連續(xù)性。

（3）STS/ATS協(xié)同保供：通過STS與ATS聯(lián)動控制，在市電異常時(shí)快速完成供電路徑切換，實(shí)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(yùn)行。

（4）故障自主隔離與保護(hù)：當(dāng)系統(tǒng)中設(shè)備出現(xiàn)通信中斷或運(yùn)行異常時(shí)，自動觸發(fā)保護(hù)機(jī)制，對異常單元進(jìn)行快速隔離，降低單點(diǎn)故障對整體系統(tǒng)的影響。

（5）統(tǒng)一監(jiān)視與運(yùn)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(jìn)行集中監(jiān)視與告警管理，支持運(yùn)行追蹤與故障定位，提升現(xiàn)場運(yùn)維效率與系統(tǒng)可用性。

圖5 現(xiàn)場設(shè)備圖

4、方案效果

項(xiàng)目主機(jī)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(jìn)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(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入并網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，優(yōu)先利用光伏出力供給負(fù)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(dá)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(shí)約束并網(wǎng)側(cè)功率邊界，降低反送電風(fēng)險(xiǎn)。

在監(jiān)測到市電異?；蛑袛鄷r(shí)，系統(tǒng)通過 STS 快速完成并離網(wǎng)切換，可實(shí)現(xiàn) 20ms內(nèi)無縫切換，保障關(guān)鍵負(fù)荷連續(xù)供電。切換后由光伏與儲能優(yōu)先支撐負(fù)荷，并實(shí)時(shí)監(jiān)測SOC與負(fù)載變化；當(dāng)SOC降至柴發(fā)啟動閾值時(shí)，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(fù)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(yùn)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(yùn)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

5、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(shí)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(shí)現(xiàn)并離網(wǎng)平滑切換（可達(dá)20ms內(nèi)無縫切換），顯著提升關(guān)鍵負(fù)荷供電連續(xù)性與系統(tǒng)可靠性。與此同時(shí)，依托多能源互補(bǔ)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(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。該方案具備良好的工程適配性與推廣價(jià)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)。