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0引言
近年来，我国城市停车设施规模持续扩大，停车秩序不断改善，产业化发展逐步深入，但仍存在供给能力短缺、治理水平不高、市场化进程滞后等问题。为加快补齐城市停车供给短板，改善交通环境，推动高质量发展，停车场基础设施建设还将进一步推动。电动汽车作为新能源汽车，具有清洁等特点，具有较大的实际发展意义和政策支持。中国在《新能源汽车产业发展规划（2021-2035）》提出，到2025年，新能源汽车销量占比要在新车销售总量中达到20%。随着政策的引导、资金的支持和技术的革新，传统高耗能、高污染的燃油汽车正在逐渐被低能耗、零*放的电动汽车所替代，电动汽车保有量将呈指数式增长，但电动汽车充电设施的建设远不及电动汽车保有量上涨速度。《深圳市新能源汽车充换电设施管理办法（征求意见稿）》拟规定：各类建筑物配建停车场（库）及社会公共停车场小汽车停车位的充电桩配置比例不应低于30%，100%预留充电桩建设安装条件。停车充电桩将在未来一段时间迅速发展，但庞大的电动车充电需求可能会导致配电网运行指标越限，同时还可能引起系统峰值负荷超额等问题，进而对系统输电和发电能力造成很大压力，需要新兴的能源供给方式注入，帮助缓解电网压力，提高停车场电动汽车充电效率。光伏充电作为绿色能源之一，得到了国家政策的大力推动，在缓解电网压力上具有较好的发展前景，但根据《2022中国电动汽车用户充电行为白*书》指出，电动汽车用户单日充电高峰集中在三个时段，分别为：早上5：00-7：00，下午12：00-16：00，夜间23：00-1：00。对比上年同期，下午时段充电占比降低，夜间和早上的充电占比提高。电动汽车用户具有较明显的充电行为特征，需要具有储能功能的新能源供电设备，传统的并网光伏发电与停车场顶棚结合的光伏停车棚并不能很好的解决问题，因此，《白*书》提出建议：充电场站推进光储充一体化，布局虚拟电厂业务。鼓励充电运营商、负荷集成商等各类第三方市场主体，通过商业模式创新聚合电动汽车参与储能服务，并在未来积极参与电力交易，响应电网削峰填谷，充分利用清洁能源，助推能源结构转型。可见，光储充一体化在停车场的应用中有较大的发展潜力。
1光储充一体化技术
1.1光储充一体化技术概述
光储充一体化技术是将光伏发电、储能和充电设施集成在一起，形成一个整体系统以满足能源供应和能源消费的需求。
光伏发电，依靠“光生伏打效应”将光伏板吸收的太阳能转换为电能，输出直流电通过逆变器输送给电网。光伏发电技术已经得到了广泛应用，具有无排放、可再生、模块化布局和适应性强等优点
储能技术是将电能在光伏发电时储存起来，以便在需要时供应给充电设施或其他电力需求。由于电动汽车具有较明显的充电行为特征，会导致光伏发电与用电负荷不匹配，对整体微电网造成一定的冲击。储能技术可以平抑光伏发电与用电负荷不匹配造成的冲击，保证智能微网系统的平稳运行，利用太阳能，提高整体系统的稳定性和持续性。充电设施是将储存的电能转化为电动车辆的充电能力。
1.2光储充一体化技术的优点
光储充一体技术的优点在各个领域得到了证实，在停车场的应用中，具有可持续性、独立与可靠性、经济性等优点。
1）可持续性。光储充一体化系统使用光伏发电，利用太阳能作为可再生能源，实现零*放的电力供应。储能系统将电能储存起来供后续使用，使得系统能够在无光照或低光照条件下继续供电，提高能源利用效率。通过推广光储充一体化系统的应用，可以为改善环境质量、减少碳排放做出积极贡献，实现可持续发展目标。
2）独立与可靠性。光储充一体化系统通过储能设备的引入，实现光伏发电的能源存储和调度，解决了太阳能发电的间歇性和不可控性的问题。储能设备可以在光伏发电过剩时储存电能，在需求高峰时释放电能，实现能源供需平衡，使得光储充一体化系统具有独立性。因其具有独立性的特点，降低了对传统电力网络的依赖，减轻电网负荷压力和线路损耗，提高电网的稳定性和可靠性。另外，在灾害或紧急情况下，系统可以提供可靠的电力供应，解决临时紧急照明和通信等基本需求。
3）经济性。光储充一体化系统通过光伏发电与能源储存调度，减少传统电力供应的需求，降低能源采购成本和电费支出，为停车场提供经济效益。甚至在光伏发电充足的情况下，可以将多余电量并入电网，获得一定收益。
光储充一体化技术的发展前景广阔，该项技术的推广和发展将对能源转型、碳排放减少和可持续发展产生积极影响。
2停车场光储充一体化系统设计
停车场光储充一体化系统包含光伏系统、储能系统、充电系统与智能管理系统，且并入大电网中。在系统微电网中，包含直流母线与交流母线，通过DC/AC逆变器相联通。
图1停车场光储充一体化系统示意图
2.1光伏系统
光伏发电系统分为集中式光伏发电系统与分布式光伏发电系统，在停车场中，应运用倡导就近发电，就近并网，就近转换，就近使用的分布式光伏发电系统，采用“自发自用，余电上网”的方式将光伏发电系统所发电量优先进行就地消纳，剩余电量进行上网消纳。
2.1.1光伏系统组成
光伏发电系统主要有光伏阵列与MPPT两个部分构成。
1)光伏阵列
光伏阵列由光伏组件串并联组成，光伏组件有单晶硅、多晶硅、碲化镉、铜铟镓硒等类型，其中单晶硅组件因技术成熟、效率高、使用寿命长而被广泛应用于分布式光伏发电系统。光伏组件运用半导体的“光生伏特”效应，当光伏组件受到光照，物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流，输出直流电，作为光储充一体化系统的能源供给部分。
2)MPPT
MPPT控制器的全称“至大功率点跟踪”太阳能控制器，是传统太阳能充放电控制器的升级换代产品。MPPT控制器能够实时侦测太阳能板的发电电压，并追踪高电压电流值，使系统以至大功率输出对蓄电池充电。应用于太阳能光伏系统中，协调太阳能电池板、蓄电池、负载的工作，是光伏系统的大脑。
图2光伏系统示意图
2.1.2光伏系统与停车场的结合
停车场与光伏系统具有较好的相容性，特别在停车楼屋顶与露天停车场，可以较好的运用。停车楼屋顶与普通屋顶一样，拥有较大面积共光伏设备的建设。露天停车场由于受到阳光直晒，雨雪天气等自然因素影响，安全性不如其他停车场。光伏系统可以和停车棚相结合，为露天停车场建造光伏车棚，有双车位车棚与多车位车棚两种类型，具有较强的灵活性，为停车场提供更好地安全性。
光伏功率主要由光伏板表面温度、光照强度以及光伏板面积所影响，因此，在光伏设备的建设中，应充分考虑倾角与方位角，光伏组件倾角和朝向对系统发电量影响颇大。通常情况下，排除气候条件，朝向正南方向、与地平表面形成倾角的平面与当地的纬度值相同，年平均接收到的太阳辐射能至多。
2.2储能系统
储能系统作为微电网中不能缺少的一部分，具有提高可再生能源利用率、缓解可再生能源出力波动、降低对微电网运行稳定性的冲击和对配电网负荷“削峰填谷”的作用。储能系统主要由储能变流器与储能电池构成。
储能变流器（PCS）是储能系统与电网连接的功率接口设备，承担控制电网与储能单元间能量双向流动的功能。
储能电池作为存储电能的单元，是储能系统的主要构成。充电状态下，蓄电池可将电能转化为化学能存储在电池中，放电状态下又可将化学能转化成电能释放出。在光储充一体化系统中，储能电池可选用磷酸铁锂电池，该电池循环寿命长、稳定性和耐久性优良、能量密度高、安全性更高、更耐高温，在对电池安全可靠性要求较高的电力行业有着不可替代的优势。
2.3充电系统
充电系统是光储充一体化系统中的输出部分。电动汽车用户根据其需求，对充电设备有快充与慢充两种需求，因此充电设备也应根据其需求分为直流充电桩与交流充电桩。
直流充电桩运用光伏系统产生的直流电，直接作为充电桩电源，为电动汽车充电，可快速完成充电，满足电动汽车用户快充需求。交流充电桩运用电网或逆变器产生的交流电为电动汽车充电，低功率的交流电充电对电网冲击较小，但充电时间较长，可满足电动汽车用户慢充需要。
2.4智能管理系统
智能管理系统是光储充一体化停车场的调度与数据中心，是整个一体化系统的大脑。智能管理系统主要有充电控制功能，能源调度功能，数据监测功能。
充电控制功能由智能管理系统接受到用户充电需求申请，根据其快充慢充需求，调动储能系统提供直流电满足快充需求，使用DC/AC逆变器将储能系统放出电流转换为交流电或采用大电网供电满足慢充需求。
能源调度功能由智能管理系统根据合适的调度策略，进行能源的调度，达到效益的优化。在光伏发电量充足，充电需求不高时，将部分电能储存到储能系统，部分并入大电网获得一定收益。在光伏发电量不足，充电需求较高时，采购大电网供电，对充电系统进行支持。另外，智能管理系统可根据当地分时电价，在电价高峰期放电，在电价低谷期充电，获得受益，实现光储充一体化停车场受益至大化。
图3智能管理系统示意图
数据监测功能通过储能系统、光伏发电系统、充电系统、微电网状态将实时数据回输至智能管理系统，实现实时数据监控与共享，保证各系统运行稳定。另外，系统将收集大量充电行为与系统运行数据，可为调度策略深入研究提供数据支撑。
3发展与挑战
3.1挑战
光储充一体化停车场仍然处于发展阶段，需要进一步完善和发展，在未来还将面临不少挑战。
首先，停车场可用空间通常有限，如何合理利用有限的空间，实现光伏发电设施、储能设施、充电设施的集成布置，是一个挑战。不同时间、不同天气、不同季节对光伏发电的功率输出有较大影响，如何根据光照条件的变化，以及分时电价政策，以至大经济效益为目标，通过智能管理系统和算法实时调整能量流分配与储能系统的充放电策略，是一个挑战。随着电动汽车的增加，停车场的充电需求也会相应增加，如何较为准确预测未来充电需求，合理合理规划充电设施的布置和功率规模是一个挑战。另外，光储充一体化系统的建设和运营成本是一个考虑因素，如何综合考虑系统建设、运维和能源成本，实现光储充一体化系统在停车场的运用成本至低化，是一个挑战。
3.2发展方向
未来，要持续推进光伏发电、储能和充电设施技术发展与创新，提高系统效率、可靠性和智能化水平。通过技术进步，形成光储充一体化停车场体系，优化运营维护管理制度，提出更经济性的能源调度策略，降低光储充一体化系统成本，提高经济可行性。另外，要加强光储充一体化系统与电力市场的互动，探索参与电力市场交易和能源管理的机制，推动建立支持政策和市场机制，促进光储充一体化系统的发展与推广。
随着技术进步，成本降低和政策支持的推动，光储充一体化系统在停车场应用中将迎来更广阔的发展前景。
4安科瑞微电网能量管理系统概述
4.1概述
Acrel-2000MG微电网能量管理系统，是我司根据新型电力系统下微电网监控系统与微电网能量管理系统的要求，专门研制出的企业微电网能量管理系统。本系统满足光伏系统、风力发电、储能系统以及充电桩的接入，进行数据采集分析，直接监视光伏、风能、储能系统、充电桩运行状态及健康状况，是一个集监控系统、能量管理为一体的管理系统。该系统安全稳定的基础上以经济优化运行为目标，提升可再生能源应用，提高电网运行稳定性、补偿负荷波动；有效实现用户侧的需求管理、消除昼夜峰谷差、平滑负荷，提高电力设备运行效率、降低供电成本。为企业微电网能量管理提供安全、可靠、经济运行提供了全新的解决方案。
微电网能量管理系统应采用分层分布式结构，整个能量管理系统物理上分为三个层：设备层、网络通信层和站控层。站级通信网络采用标准以太网及TCP/IP通信协议，物理媒介可以为光纤、网线、屏蔽双绞线等。系统支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信规约。
4.2适用场合
系统可应用于城市、高速公路、工业园区、工商业区、居民区、智能建筑、海岛、无电地区可再生能源系统监控和能量管理需求。
4.3系统架构
本平台采用分层分布式结构进行设计，即站控层、网络层和设备层，详细拓扑结构如下：
图3典型微电网能量管理系统组网方式
5充电站微电网能量管理系统主要功能
5.1实时监测
微电网能量管理系统人机界面友好，应能够以系统一次电气图的形式直观显示各电气回路的运行状态，实时监测光伏、风电、储能、充电站等各回路电压、电流、功率、功率因数等电参数信息，动态监视各回路断路器、隔离开关等合、分闸状态及有关故障、告警等信号。其中，各子系统回路电参量主要有：相电压、线电压、三相电流、有功/无功功率、视在功率、功率因数、频率、有功/无功电度、频率和正向有功电能累计值；状态参数主要有：开关状态、断路器故障脱扣告警等。
系统应可以对分布式电源、储能系统进行发电管理，使管理人员实时掌握发电单元的出力信息、收益信息、储能荷电状态及发电单元与储能单元运行功率设置等。
系统应可以对储能系统进行状态管理，能够根据储能系统的荷电状态进行及时告警，并支持定期的电池维护。
微电网能量管理系统的监控系统界面包括系统主界面，包含微电网光伏、风电、储能、充电站及总体负荷组成情况，包括收益信息、天气信息、节能减排信息、功率信息、电量信息、电压电流情况等。根据不同的需求，也可将充电，储能及光伏系统信息进行显示。
图4系统主界面
子界面主要包括系统主接线图、光伏信息、风电信息、储能信息、充电站信息、通讯状况及一些统计列表等。
5.1.1光伏界面
图5光伏系统界面
本界面用来展示对光伏系统信息，主要包括逆变器直流侧、交流侧运行状态监测及报警、逆变器及电站发电量统计及分析、并网柜电力监测及发电量统计、电站发电量年有效利用小时数统计、发电收益统计、碳减排统计、辐照度/风力/环境温湿度监测、发电功率模拟及效率分析；同时对系统的总功率、电压电流及各个逆变器的运行数据进行展示。
5.1.2储能界面
图6储能系统界面
本界面主要用来展示本系统的储能装机容量、储能当前充放电量、收益、SOC变化曲线以及电量变化曲线。
图7储能系统PCS参数设置界面
本界面主要用来展示对PCS的参数进行设置，包括开关机、运行模式、功率设定以及电压、电流的限值。
图8储能系统BMS参数设置界面
本界面用来展示对BMS的参数进行设置，主要包括电芯电压、温度保护限值、电池组电压、电流、温度限值等。
图10储能系统PCS电网侧数据界面
本界面用来展示对PCS电网侧数据，主要包括相电压、电流、功率、频率、功率因数等。
图9储能系统PCS交流侧数据界面
本界面用来展示对PCS交流侧数据，主要包括相电压、电流、功率、频率、功率因数、温度值等。同时针对交流侧的异常信息进行告警。
图11储能系统PCS直流侧数据界面
本界面用来展示对PCS直流侧数据，主要包括电压、电流、功率、电量等。同时针对直流侧的异常信息进行告警。
图12储能系统PCS状态界面
本界面用来展示对PCS状态信息，主要包括通讯状态、运行状态、STS运行状态及STS故障告警等。
图14储能电池状态界面
本界面用来展示对BMS状态信息，主要包括储能电池的运行状态、系统信息、数据信息以及告警信息等，同时展示当前储能电池的SOC信息。
图13储能电池簇运行数据界面
本界面用来展示对电池簇信息，主要包括储能各模组的电芯电压与温度，并展示当前电芯的电压、温度值及所对应的位置。
5.1.3风电界面
图15风电系统界面
本界面用来展示对风电系统信息，主要包括逆变控制一体机直流侧、交流侧运行状态监测及报警、逆变器及电站发电量统计及分析、电站发电量年有效利用小时数统计、发电收益统计、碳减排统计、风速/风力/环境温湿度监测、发电功率模拟及效率分析；同时对系统的总功率、电压电流及各个逆变器的运行数据进行展示。
5.1.4充电站界面
图16充电站界面
本界面用来展示对充电站系统信息，主要包括充电站用电总功率、交直流充电站的功率、电量、电量费用，变化曲线、各个充电站的运行数据等。
5.1.5事故追忆
可以自动记录事故时刻前后一段时间的所有实时扫描数据，包括开关位置、保护动作状态、遥测量等，形成事故分析的数据基础。
用户可自定义事故追忆的启动事件，当每个事件发生时，存储事故前面10个扫描周期及事故后10个扫描周期的有关点数据。启动事件和监视的数据点可由用户随意修改。
5.2典型硬件及其配套产品
序号 | 设备 | 型号 | 图片 | 说明 |
1 | 能量管理系统 | Acrel-2000MG |
| 内部设备的数据采集与监控，由通信管理机、工业平板电脑、串口服务器、遥信模块及相关通信辅件组成。数据采集、上传及转发至服务器及协同控制装置策略控制:计划曲线、需量控制、削峰填谷、备用电源等 |
2 | 显示器 | 25.1英寸液晶显示器 |
| 系统软件显示载体 |
3 | UPS电源 | UPS2000-A-2-KTTS |
| 为监控主机提供后备电源 |
4 | 打印机 | HP108AA4 |
| 用以打印操作记录，参数修改记录、参数越限、复限，系统事故，设备故障，保护运行等记录，以召唤打印为主要方式 |
5 | 音箱 | R19U |
| 播放报警事件信息 |
6 | 工业网络交换机 | D-LINKDES-1016A16 |
| 提供16口百兆工业网络交换机解决了通信实时性、网络安全性、本质安全与安全防爆技术等技术问题 |
7 | GPS时钟 | ATS1200GB |
| 利用gps同步卫星信号，接收1pps和串口时间信息，将本地的时钟和gps卫星上面的时间进行同步 |
8 | 交流计量电表 | AMC96L-E4/KC |
| 电力参数测量(如单相或者三相的电流、电压、有功功率、无功功率、视在功率,频率、功率因数等)、复费率电能计量、四象限电能计量、谐波分析以及电能监测和考核理。多种外围接口功能:带有RS485/MODBUS-RTU协议:带开关量输入和继电器输出可实现断路器开关的"遜信“和“遥控”的功能 |
9 | 直流计量电表 | PZ96L-DE |
| 可测量直流系统中的电压、电流、功率、正向与反向电能。可带RS485通讯接口、模拟量数据转换、开关量输入/输出等功能。 |
10 | 电能质量监测 | APView500 |
| 实时监测电压偏差、频率俯差、三相电压不平衡、电压波动和闪变、诺波等电能质量，记录各类电能质量事件,定位扰动源。 |
11 | 防孤岛装置 | AM5SE-IS |
| 防孤岛保护装置，当外部电网停电后断开和电网连接 |
12 | 箱变测控装置 | AM6-PWC |
| 置针对光伏、风能、储能升压变不同要求研发的集保护，测控，通讯一体化装置，具备保护、通信管理机功能、环网交换机功能的测控装置 |
13 | 通信管理机 | ANet-2E851 |
| 能够根据不同的采集规的进行水表、气表、电表、微机保护等设备终端的数据果集总:提供规约转换、透明转发、数据加密压缩、数据转换、边缘计算等多项功能:实时多任务并行处理数据采集和数据转发，可多路上送平台据: |
14 | 串口服务器 | Aport |
| 功能:转换“辅助系统"的状态数据，反馈到能量管理系统中。1)空调的开关，调温，及完*断电(二次开关实现)2)上传配电柜各个空开信号3)上传UPS内部电量信息等4)接入电表、BSMU等设备 |
15 | 遥信模块 | ARTU-K16 |
| 1)反馈各个设备状态，将相关数据到串口服务器:读消防VO信号，并转发给到上层(关机、事件上报等)2)采集水浸传感器信息，并转发3)给到上层(水浸信号事件上报)4)读取门禁程传感器信息，并转发 |
16 | 协调控制器 | ACCU-100 |
| ACCU-100微电网控制器主要负责工商业光储充新能源电站的数据采集、本地控制策略以及云端数据的交互。支持容量为：储能容量:≤400kW，光伏容量:≤400kWp。 |
6总结
光储充一体化系统具有可持续性、可靠性和经济性等特点，可以为改善环境质量、减少碳排放做出积极贡献。通过智能化能源管理系统，实现系统效益至优化，在政策推动电动汽车迅猛发展的现状下，为充电需求市场注入新的能源供给，缓解电网压力，为停车场提供更高的受益。光储充一体化停车场具有广阔的发展前景，光储充一体化系统技术在停车场中的运用将成为今后一个重要的研究方向。
参考文献
[1]国务院办公厅关于转发国家发改委等部门关于推动城市停车设施发展意见的通知（国办函[2021]46号）
[2]杨茜,邓建慎,李洪峰等.电动汽车公共服务与互动平台设计研究[J].电力系统保护与控制,2016,44(10):137-144.
