摘要：当前，传统的电网供电充电方式存在速度慢、高峰期负荷大等问题，无法满足新能源汽车用户的快速充电需求，已成为制约新能源汽车大规模商用的瓶颈，因此设计一种快速、绿色、智能的新充电模式迫在眉睫。“光储充”一体化充电站通过集成光伏发电系统、储能系统和智能充电系统，可以实现快速便捷的绿色充电，确保充电站自主可靠运行，解决新能源汽车充电难题，具有良好的经济性和环境效益，对促进新能源汽车产业发展具有重大意义。该文分析新能源汽车“光储充”一体化充电站设计方案，对该方案进行性能评估和试验论证，从而实现绿色环保的快速充电。
关键词：新能源汽车；光伏发电；储能系统；快速充电站
0引言
随着新能源汽车的快速发展，充电设施建设不完善已经成为制约新能源汽车大规模商用的主要原因。目前，新能源汽车充电设施主要依赖电网供电，存在充电速度慢、高峰期负荷大等问题，难以满足用户的快速充电需求。因此，设计一种快速、便捷、绿色的新能源汽车充电站十分必要。本文针对这一需求，设计一种“光储充”一体化新能源汽车充电站方案。该方案通过将高效的光伏发电系统、大容量储能系统和智能充电系统有机结合，可实现充电站的自主供电和智能化控制，提供高效、便捷的快速充电服务。
1新能源汽车“光储充”一体化充电站设计方案
新能源汽车逐渐普及，对高效、便捷、绿色的充电设施需求不断增加。“光储充”一体化充电站通过太阳能光伏板吸收太阳能，将其转化为电能进行储存，再通过快速充电桩为新能源汽车提供充电服务。这种模式有利于充分利用清洁能源，减少对传统电网的依赖，降低能源消耗和减少环境污染。此外，“光储充”一体化充电站还能够加速新能源汽车的推广应用，提高充电效率，缓解充电设施不足的问题，并为用户提供更为便捷的充电体验，进一步促进新能源汽车行业的可持续发展。
1.1总体设计思路
新能源汽车“光储充”一体化充电站的总体设计思路：系统集成光伏发电系统、储能系统和智能充电系统，从而实现快速绿色充电和充电站独立供电。其中，光伏发电系统选用高效的太阳能组件，并配套智能跟踪系统、优化的并网系统及完善的运行维护体系，可实现经济环保的绿色发电；储能系统采用大容量、长使用寿命的锂电池，配套智能BMS系统，可实现对电池的安全监控和优化管理；智能充电系统可实现对多路快速直流充电桩的统一监控和优化调度，以及用户管理、计费等功能。这三大系统互为支撑、兼容良好，可形成稳定、经济、智能的一体化充电解决方案。该设计方案集技术、经济、管理优化于一体，既能解决电动汽车快速充电难题，也可实现充电站的独立自主运行，是新能源汽车充电基础设施建设的重要实践路径。也就是说，为充电站配备大量的高效光伏组件，采用智能优化技术提高发电效率；设置大容量电池作为储能系统，平滑光伏发电的间歇性；通过的电力电子设备和控制算法实现快速直流充电；搭建智能充电管理平台，对充电过程进行优化管理，提供充电预约、计费等功能服务。这样，在白天光伏发电系统可为新能源汽车充电，夜间和阴天则由电池提供电力以保障车辆正常运行，既可实现快速绿色充电，又能确保充电站的独立自主供电。
1.2光伏发电系统设计
新能源汽车“光储充”一体化充电站设计方案中的光伏发电系统设计是一个复杂的系统工程，需要考虑选用高效的太阳能电池、合理安排布局、建立智能化的跟踪和控制系统等多个方面。
其一，工程师需要根据充电站位置的光照条件选择转换效率高、可靠性好的多晶硅或铜铟镓硒（CIGS）等光伏电池组件，以确保光伏发电系统具有较高的发电效率。其二，需采用计算机辅助工程软件，对充电站场地阳光进行分析，确定安装光伏组件的佳倾角、行距和排距，以减少组件之间的相互遮挡对发电量的影响。其三，要考虑组件之间的通风设计，避免发电效率受高温的负面影响。还需建立自动化或数字化的太阳能跟踪系统，实现光伏组件的定时或实时向阳跟踪，进一步提升发电效率。其四，要搭建智能化的监控系统，对光伏发电系统的工作参数进行远程监测，并确保其能实现故障预警、自动报警等功能，保证系统的持续高效运行。通过科学的系统规划设计和智能化的运行维护，光伏发电系统可以为充电站提供经济、稳定、绿色的电力支撑，使整个充电站实现自主化供电。
1.3储能系统设计
在新能源汽车“光储充”一体化充电站设计中，储能系统设计尤为关键。
“光储充”一体化充电站可将太阳能光伏板产生的电能进行储存，因此需要一个可靠的储能系统来保证充电站能够全天候提供稳定的电能。储能系统需要具备高效的充放电转换率和较大的储能容量，以满足白天的太阳能收集和晚上的充电需求。同时，储能系统还需要具备可靠的安全性能，能够应对各种突发情况，从而确保充电站的持续运行和满足用户的充电需求。
在储能系统设计中，需要兼顾系统的智能化和可持续性。可以通过智能充放电控制系统实现对储能系统的管理，根据电网和充电需求实时调整储能系统的运行状态，提高能源利用效率。此外，为了确保储能系统的可持续性，需要考虑储能设备的使用寿命和回收利用。因此，在设计储能系统时需要选择高质量、长循环寿命的电池组件，并考虑到电池组件的可持续利用和回收问题，以减少资源浪费，实现绿色环保的目标。
1.4智能充电系统设计
新能源汽车“光储充”一体化充电站设计方案中的智能充电系统，是实现快速智能化充电管理的关键所在。该系统需要具备的充电控制算法，通过监控电池电压、电流、温度等参数，优化控制充电过程，实现快速充电。同时，需配置高功率的直流快速充电桩，并支持其对多辆新能源汽车同时快速充电。在智能充电系统设计中，还需建立的充电负荷预测模型，并根据光伏发电量和储能系统容量进行科学调度，实现充电负荷的平滑化，避免系统超载。此外，需要搭建包含充电桩、车载系统及控制系统的充电站通信网络，实现对充电过程的实时监控和管理，保障充电效率与安全。还可对用户充电需求进行分析与预测，进而实现充电预约、优先充电等差异化智能调度服务，并建立用户注册付费系统，提供充电账单和缴费服务。
智能充电系统承担对充电站所有资源进行科学管理与优化配置的重任，既是实现快速、便捷、经济充电服务的关键所在，也是提升充电站整体智能化运营水平的重要组成部分。
2新能源汽车“光储充”一体化充电站设计方案性能评估
在实施新能源汽车“光储充”一体化充电站设计方案时，需要对其进行性能评估，重点从技术指标评估、经济效益评估两个方面进行，以评估其性能优劣。这对于进一步优化设计方案，确保实现技术进步和经济效益大化具有重要意义。同时，也可以为该设计方案的实际应用提供参考依据。
2.1技术指标评估
在新能源汽车“光储充”一体化充电站设计方案的性能评估中，技术指标评估是衡量充电站整体性能的关键。光伏发电系统性能指标的评估，是通过测量光伏板的转换效率、输出功率稳定性、温度系数、衰减率等参数来进行的。转换效率直接关系每平方米光伏板能产生多少电力，是评估光伏板质量的直观指标；输出功率稳定性则反映了光伏发电系统在不同日照条件下的发电能力是否稳定，这对于保证充电站的持续稳定供电至关重要；温度系数是评价光伏板在不同温度下性能变化的指标，会影响光伏板在实际环境中的发电效率；衰减率是指光伏板随着使用时间增加效率下降的速度，是评估光伏板长期使用价值的重要参数。
储能系统性能指标评估还涉及其容量、充放电效率、循环寿命及整体稳定性。储能系统的容量决定了充电站能够储存多少电力，是保证在光伏发电不足时仍能满足充电需求的基础；充放电效率是评价电能在储存和释放过程中损耗程度的重要参数，直接关系系统的能源利用率；循环寿命反映了储能设备可以经受多少次充放电循环后仍能保持一定容量，是判断储能系统经济性和可靠性的关键指标；系统的整体稳定性包括储能系统在长期运行过程中的安全性和环境适应能力，旨在保证充电站在各种环境下都能安全稳定地工作。
2.2技术经济性评估
新能源汽车“光储充”一体化充电站设计方案中的技术经济性评估主要体现在技术评估和经济性评估两个方面。
一，技术评估。“光储充”一体化充电站采用太阳能光伏发电系统与电池储能系统相结合的方案，可实现清洁能源的发电和储能，供给新能源汽车充电使用。在技术评估方面，需要对光伏发电系统和储能系统的性能进行评估。光伏发电系统的评估指标包括太阳能电池板的转换效率、阵列布局设计、面积利用率等；储能系统的评估指标包括电池的能量密度、循环寿命、充放电效率等。
二，经济性评估。在经济性评估方面，需要考虑“光储充”一体化充电站的建设和运营成本，以及其与传统充电站的对比。建设成本包括光伏发电系统和储能系统的投资成本，以及充电设施和配套设备的成本；运营成本包括电力购买成本、设备维护成本等[6]。与传统充电站相比，“光储充”一体化充电站可以降低对传统电网的依赖，减少能源购买成本，同时还可以通过销售多余的电力回收一部分投资。
3新能源汽车“光储充”一体化充电站设计方案试验论证
在构建好新能源汽车“光储充”一体化充电站设计方案后，需要通过试验对其进行具体分析。但考虑到充电站实地建设难度较大，所以主要从技术可行性和经济可行性两个层面对其进行详细论证，以验证该新能源汽车“光储充”一体化充电站设计方案的可行性，为其推广应用提供决策依据。
一是技术可行性论证。工程师可通过计算机建模进行仿真试验，验证该充电站设计的关键技术指标。例如，在仿真试验系统中建立“光储充”充电站，该站采用60kW的分布式光伏发电系统、100kW·h的锂电池储能系统，支持6个120kW的快速直流充电桩。仿真试验结果表明：该充电站可满足日均充电服务2000车次的需求，大输出功率可达600kW，储能系统可确保夜间23时至次日7时实现正常充电，储能效率在90%以上，验证了充电站的独立供电和快速充电的技术可行性。
二是经济可行性论证。通过对当前市场情况进行调查和分析，对充电站进行成本收益评估得出：单个充电站设备投资约为150万元，投资回收期约为5.5年，投资内部收益率在10%以上。由此可知，该方案具有良好的经济可行性。
4Acrel-2000MG充电站微电网能量管理系统
4.1平台概述
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，总结国内外的研究和生产的经验，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、储能系统以及充电站的接入，*进行数据采集分析，直接监视光伏、风能、储能系统、充电站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。该系统在安全稳定的基础上以经济优化运行为目标，促进可再生能源应用，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，整个能量管理系统在物理上分为三个层：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平台适用场合
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
5充电站微电网能量管理系统解决方案
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1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2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3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4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5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6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7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8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9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10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11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12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13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。
