安科瑞 劉邁

　　摘要：實(shí)現(xiàn)“雙碳"目標(biāo)已被提升至國家戰(zhàn)略層面。近年來，全國光伏產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展和各級(jí)政策的持續(xù)推動(dòng)，光伏與農(nóng)業(yè)的結(jié)合已探索出多樣化的發(fā)展模式。這些模式不僅顯著提升了土地的利用效率，還促進(jìn)了農(nóng)業(yè)的低碳轉(zhuǎn)型。展望未來，科技技術(shù)的整合以及創(chuàng)新的融合將共同塑造“光伏農(nóng)業(yè)"的新篇章，我們有潛力進(jìn)一步拓寬光伏農(nóng)業(yè)的應(yīng)用領(lǐng)域。這不僅將為光伏農(nóng)業(yè)的持續(xù)發(fā)展注入新動(dòng)力，也將為實(shí)現(xiàn)國家的“雙碳"目標(biāo)貢獻(xiàn)重要力量。

　　關(guān)鍵詞：光伏農(nóng)業(yè)；農(nóng)光互補(bǔ)；“雙碳"

　　0引言

　　傳統(tǒng)能源的過度依賴導(dǎo)致全球氣候狀況日益嚴(yán)峻，開發(fā)和利用新能源已成為國際社會(huì)的共同目標(biāo)。2020年9月，在第七十五屆聯(lián)合國大會(huì)上的講話中宣告，中國“二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和"。于我國而言，積極開發(fā)清潔能源是實(shí)現(xiàn)“雙碳"目標(biāo)的關(guān)鍵途徑。在現(xiàn)有的清潔能源中，水電和風(fēng)電的開發(fā)受到地理和環(huán)境因素的較大限制，而氫能和核聚變等前沿能源技術(shù)尚未成熟。相比之下，太陽能以其清潔、易獲取、安全可靠以及應(yīng)用范圍廣泛的特性，加之其幾乎無限的資源潛力，已經(jīng)成為增長速度最快的可再生能源之一。當(dāng)前太陽能利用的最佳方式是利用光伏電池的光生效應(yīng)，將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能，即光伏。光伏發(fā)電技術(shù)已經(jīng)成為我國大力支持的可再生能源發(fā)電方式之一。得益于技術(shù)進(jìn)步、設(shè)備制造、產(chǎn)業(yè)鏈完善等方面的優(yōu)勢(shì)，我國光伏產(chǎn)業(yè)在全球競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)了有利地位。這不僅推動(dòng)了我國光伏產(chǎn)業(yè)向全球價(jià)值鏈的中端邁進(jìn)，也為我國能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型升級(jí)和“雙碳"目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供了重要支撐。

　　然而，地面光伏電站作為光伏發(fā)電的主要形式，在建設(shè)過程中往往需要占用大量土地，成為光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的制約因素。為了保護(hù)生態(tài)環(huán)境，國內(nèi)許多地區(qū)已經(jīng)為光伏項(xiàng)目設(shè)置了生態(tài)保護(hù)紅線，這無疑在一定程度上限制了光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展空間。此外，根據(jù)最新數(shù)據(jù)，我國公益林面積達(dá)到18.5億畝，占全國林地總面積的43.4%。除了公益林外，各省市還擁有大量的省級(jí)和市縣級(jí)公益林。根據(jù)現(xiàn)行規(guī)定，國家和省級(jí)以上的公益林均將光伏項(xiàng)目列為禁止性項(xiàng)目，不允許以光伏開發(fā)為名進(jìn)行公益林的調(diào)整或變更用途。這進(jìn)一步凸顯了在生態(tài)保護(hù)和光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展之間尋求平衡的重要性和緊迫性。鑒于此，有學(xué)者提出了光伏農(nóng)業(yè)。

　　光伏農(nóng)業(yè)，其含義包括光伏在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用和農(nóng)光互補(bǔ)兩個(gè)方面，通常指在種植、養(yǎng)殖等農(nóng)業(yè)活動(dòng)中整合光伏發(fā)電系統(tǒng)，旨在提高土地利用率和產(chǎn)出效率。中國，作為全球農(nóng)業(yè)重地，其廣袤的農(nóng)田為光伏技術(shù)的集成提供了理想場(chǎng)所。光伏系統(tǒng)不僅能夠穩(wěn)定供應(yīng)清潔電力，滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)需求，還通過并網(wǎng)為國家電網(wǎng)貢獻(xiàn)綠色能源，同時(shí)增加農(nóng)民收入。光伏農(nóng)業(yè)的推廣對(duì)于提升生產(chǎn)效率、促進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)多樣化、實(shí)現(xiàn)國家的“雙碳"目標(biāo)均至關(guān)重要。因此，不斷優(yōu)化光伏農(nóng)業(yè)模式，對(duì)于加速農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化和能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，具有深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。

　　1光伏農(nóng)業(yè)模式

　　分光伏農(nóng)業(yè)包括光伏在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用和農(nóng)業(yè)光伏或農(nóng)光互補(bǔ)。光伏在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用代表了光伏技術(shù)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的具體融合，其核心目的在于緩解偏遠(yuǎn)地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中普遍面臨的能源短缺問題，并推動(dòng)綠色生產(chǎn)實(shí)踐。這種應(yīng)用不僅為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了一種可持續(xù)的能源解決方案，而且有助于降低對(duì)化石燃料的依賴，減少溫室氣體排放。農(nóng)業(yè)光伏或農(nóng)光互補(bǔ)模式強(qiáng)調(diào)的是光伏發(fā)電系統(tǒng)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)各子部門之間的深度整合。這種模式超越了單一的能源供應(yīng)，更加關(guān)注光伏發(fā)電與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)之間的相互影響、競(jìng)爭(zhēng)與合作關(guān)系。通過精心設(shè)計(jì)和科學(xué)管理，可以實(shí)現(xiàn)光伏設(shè)施與農(nóng)作物種植、畜禽養(yǎng)殖等農(nóng)業(yè)活動(dòng)的有機(jī)結(jié)合，從而農(nóng)地資源的利用效率，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與清潔能源發(fā)電的雙贏。光伏農(nóng)業(yè)不僅能夠提高土地的綜合產(chǎn)出，還能夠?yàn)閷?shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和國家的“雙碳"目標(biāo)作出貢獻(xiàn)。

　?。ㄒ唬┕夥谵r(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

　　光伏技術(shù)與農(nóng)業(yè)的結(jié)合最早在灌溉領(lǐng)域得到應(yīng)用。兩者的結(jié)合顯著增強(qiáng)了灌溉系統(tǒng)的能源自給自足能力，并為偏遠(yuǎn)地區(qū)的農(nóng)業(yè)用水問題開辟了新路徑。技術(shù)演進(jìn)及應(yīng)用拓展使得光伏不僅應(yīng)用于灌溉，還覆蓋了病蟲害防治、農(nóng)產(chǎn)品儲(chǔ)存保鮮及農(nóng)業(yè)照明等多個(gè)領(lǐng)域。這一多樣化應(yīng)用提升了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，增強(qiáng)了可持續(xù)性，同時(shí)減輕了對(duì)環(huán)境的影響，可助力農(nóng)業(yè)向綠色智能化轉(zhuǎn)型。

　　1.光伏灌溉。光伏灌溉技術(shù)通過太陽能光伏板轉(zhuǎn)換陽光為電能，直接驅(qū)動(dòng)水泵抽水至農(nóng)田，有效滿足灌溉需求。這項(xiàng)技術(shù)以其環(huán)保、節(jié)能和高自動(dòng)化的特點(diǎn)，特別適合電力不穩(wěn)定或偏遠(yuǎn)地區(qū)，那里傳統(tǒng)電力供應(yīng)要么不可及，要么成本過高。以中國西北地區(qū)為例，其干旱氣候與豐富的太陽能資源使該地區(qū)成為光伏提水技術(shù)應(yīng)用的理想之地。這項(xiàng)技術(shù)在西部大開發(fā)戰(zhàn)略中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，不僅確保了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的穩(wěn)定水源，還促進(jìn)了節(jié)能、環(huán)保，并支持了貧困地區(qū)的經(jīng)濟(jì)提升，推動(dòng)了該區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。光伏提水技術(shù)有助于改善當(dāng)?shù)啬茉唇Y(jié)構(gòu)，加速綠色農(nóng)業(yè)的發(fā)展，同時(shí)為國家實(shí)現(xiàn)“雙碳"目標(biāo)貢獻(xiàn)力量。

　　2.光伏溫室。光伏溫室技術(shù)將光伏發(fā)電與農(nóng)業(yè)設(shè)施創(chuàng)新結(jié)合，通過在屋頂安裝太陽能發(fā)電裝置，不僅有效利用太陽能，還為作物提供理想生長環(huán)境。這些溫室通過高效空間利

　　用，實(shí)現(xiàn)土地資源節(jié)約，為農(nóng)民帶來額外收入，推動(dòng)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化。光伏溫室不僅適用于傳統(tǒng)作物，也適合對(duì)光照和溫度有特殊要求的作物，如食用菌。隨著技術(shù)進(jìn)步和成本降低，光伏溫室有望成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)和鄉(xiāng)村振興的驅(qū)動(dòng)力，同時(shí)對(duì)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型作出重要貢獻(xiàn)。

　　3.光伏病蟲害防治。光伏病蟲害防治技術(shù)采用太陽能殺蟲燈等設(shè)備，利用特定波長的光吸引害蟲，并以物理方式捕捉或消滅它們，有效減少農(nóng)藥依賴。這種方法不僅保障了食品安全，降低了環(huán)境污染，還保護(hù)了生態(tài)系統(tǒng)平衡。相較于傳統(tǒng)化學(xué)防治，光伏技術(shù)顯著減少了對(duì)土地肥力和生態(tài)環(huán)境的破壞。隨著技術(shù)成熟和成本降低，光伏殺蟲燈將成為農(nóng)業(yè)綠色防控的有效替代方案，推動(dòng)農(nóng)業(yè)向可持續(xù)和環(huán)境友好型發(fā)展轉(zhuǎn)型。

　　4.光伏農(nóng)產(chǎn)品儲(chǔ)存。光伏供電的制冷系統(tǒng)通過維持最佳溫濕度，有效延長了農(nóng)產(chǎn)品的保鮮期；同時(shí)，光伏烘干技術(shù)通過太陽能去除農(nóng)產(chǎn)品中多余水分，達(dá)到安全儲(chǔ)存標(biāo)準(zhǔn)，延

　　長了儲(chǔ)存時(shí)間。此外，光伏電力還助力農(nóng)產(chǎn)品的初步加工，如去皮和切片，這不僅增強(qiáng)了市場(chǎng)價(jià)值，也便于儲(chǔ)存和運(yùn)輸，增強(qiáng)了光伏農(nóng)業(yè)的經(jīng)濟(jì)和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

　　5.光伏照明。光伏照明技術(shù)將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，供照明使用，具有環(huán)保、節(jié)能、技術(shù)*、壽命長、維護(hù)簡便等優(yōu)點(diǎn)。隨著自然資源稀缺和能源成本上升，這種清潔、可再生的照明方式日益重要，有潛力取代傳統(tǒng)照明。在電網(wǎng)不發(fā)達(dá)的偏遠(yuǎn)地區(qū)，光伏照明尤為重要，能有效解決地域廣闊帶來的輸電難題和高昂成本。它為農(nóng)業(yè)提供穩(wěn)定的光源，增強(qiáng)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的自給自足和適應(yīng)性，特別是在溫室、養(yǎng)殖棚和田間作業(yè)區(qū)的應(yīng)用，顯示了其獨(dú)立性和靈活性的優(yōu)勢(shì)。

　?。ǘ┺r(nóng)光互補(bǔ)

　　農(nóng)光互補(bǔ)模式通過在光伏板下進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，同時(shí)利用光伏板捕獲太陽能發(fā)電，實(shí)現(xiàn)土地的高效利用。這一模式不僅提高了土地使用效率，還為農(nóng)民帶來了額外的能源收入，促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)收益的增加。農(nóng)光互補(bǔ)推動(dòng)了農(nóng)業(yè)與可再生能源的融合，為農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展開辟了新路徑。

　　1.溫室光伏大棚?？萍歼M(jìn)步使溫室大棚成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)施，但溫度仍是農(nóng)戶的挑戰(zhàn)。光伏農(nóng)業(yè)大棚通過集成薄膜光伏組件，有效調(diào)節(jié)溫度并提供穩(wěn)定的照明和電力

　　供應(yīng)，同時(shí)節(jié)約土地資源。其產(chǎn)生的過剩電力可并網(wǎng)使用，而離網(wǎng)系統(tǒng)與LED照明的結(jié)合進(jìn)一步優(yōu)化了植物生長周期。這一集成方案不僅提升了能源利用效率，還提高了作物產(chǎn)量和質(zhì)量，彰顯了光伏農(nóng)業(yè)大棚在提升設(shè)施性能和推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展方面的巨大潛力。

　　2.光伏養(yǎng)殖。光伏生態(tài)養(yǎng)殖模式是光伏發(fā)電與農(nóng)業(yè)融合的創(chuàng)新實(shí)踐，專注于在家禽散養(yǎng)區(qū)上方架設(shè)光伏組件。此模式以低成本、簡易設(shè)計(jì)和易于維護(hù)的優(yōu)勢(shì)，優(yōu)化了土地使用，同時(shí)產(chǎn)生綠色能源，降低能耗，并促進(jìn)生態(tài)養(yǎng)殖，提升了土地的綜合效益，還推動(dòng)了農(nóng)業(yè)的綠色、可持續(xù)發(fā)展。

　　3.光伏種植。光伏種植模式在農(nóng)業(yè)大棚或開闊地帶安裝太陽能電池板，在實(shí)現(xiàn)發(fā)電的同時(shí)，種植對(duì)光照需求不高的作物，如蔬菜、瓜果、食用菌和中藥材。這種模式通過智能

　　系統(tǒng)調(diào)節(jié)光照和溫度，優(yōu)化作物生長環(huán)境，促進(jìn)健康生長，并節(jié)約能源。它不僅提升了土地利用率，還推動(dòng)了農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代化、智能化的轉(zhuǎn)型，為農(nóng)業(yè)從業(yè)者帶來了經(jīng)濟(jì)和環(huán)境雙重利益。

　　近年來，我國光伏產(chǎn)業(yè)在西部省區(qū)荒漠地帶開發(fā)建設(shè)大型風(fēng)光一體化基地的同時(shí)，也大力推進(jìn)了以“千家萬戶沐光行動(dòng)"為代表的分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目。這些項(xiàng)目不僅有助于緩解土地資源的緊缺問題，還促進(jìn)了綠色能源的開發(fā)和利用。從實(shí)際效果來看，“公共屋頂+光伏互補(bǔ)"模式在有效利用公共屋頂資源的同時(shí)，還為公共單位在發(fā)展綠色能源和實(shí)現(xiàn)“雙碳"目標(biāo)方面樹立了示范作用。在政府的獎(jiǎng)勵(lì)補(bǔ)助政策支持下，“私有屋頂+光伏互補(bǔ)"模式有效地利用了城鎮(zhèn)建筑資源，推動(dòng)了綠色能源的發(fā)展。預(yù)計(jì)“建筑屋頂+光伏互補(bǔ)"將成為未來綠色建筑的標(biāo)準(zhǔn)配置。此外，“農(nóng)漁產(chǎn)業(yè)+光伏互補(bǔ)"模式通過結(jié)合“農(nóng)（牧）業(yè)+光伏互補(bǔ)"和“漁業(yè)+光伏互補(bǔ)"等方式，創(chuàng)造了一種“上層光伏發(fā)電、下層種植養(yǎng)殖經(jīng)營"的科學(xué)模式。這種模式不僅土地資源的空間利用和經(jīng)濟(jì)效益，而且實(shí)現(xiàn)了綠色農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展與綠色能源產(chǎn)業(yè)建設(shè)的有機(jī)結(jié)合，為農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)

　　2光伏農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要意義

　?。ㄒ唬┨嵘恋匦?，推動(dòng)農(nóng)業(yè)綠色轉(zhuǎn)型安裝在土地上方的光伏組件，配合下方的種植和養(yǎng)殖活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了土地的高效多層次利用。整合觀光旅游和科技展示，進(jìn)一步提升了土地的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和使用效率。光伏系統(tǒng)為農(nóng)業(yè)提供了穩(wěn)定的清潔能源，支持其向低碳化和數(shù)字化轉(zhuǎn)型，同時(shí)減少了能源傳輸損失，滿足了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)對(duì)清潔電力的需求。

　　（二）銜接脫貧成果與鄉(xiāng)村振興

　　光伏農(nóng)業(yè)的融合策略實(shí)現(xiàn)了土地的雙重收益，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的傳統(tǒng)收入與光伏發(fā)電自給自足，降低了成本。額外發(fā)電量通過并網(wǎng)銷售，為農(nóng)民增收。光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展促進(jìn)了基礎(chǔ)設(shè)施改進(jìn)和就業(yè)機(jī)會(huì)創(chuàng)造，推動(dòng)了地方經(jīng)濟(jì)增長?！笆?期間，光伏扶貧項(xiàng)目有效支持了脫貧攻堅(jiān)。未來，光伏與農(nóng)業(yè)的結(jié)合將進(jìn)一步在鄉(xiāng)村振興中扮演關(guān)鍵角色，為農(nóng)民提供穩(wěn)定增收途徑，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效益的多方面提升。

　?。ㄈ┩苿?dòng)農(nóng)業(yè)低碳化，實(shí)現(xiàn)“雙碳"目標(biāo)農(nóng)業(yè)低碳發(fā)展需提升化肥利用效率、優(yōu)化畜禽糞污處理方式，同時(shí)融合固碳技術(shù)。同樣關(guān)鍵的是，推動(dòng)可再生能源替代傳統(tǒng)能源。確保現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械化與智能化過程中清潔能源的穩(wěn)定供應(yīng)，對(duì)促進(jìn)農(nóng)業(yè)減排至關(guān)重要。例如，一個(gè)1000kW光伏發(fā)電項(xiàng)目，占地20—25畝，不影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，預(yù)計(jì)年發(fā)電量150萬kWh，相當(dāng)于年節(jié)約標(biāo)煤540噸，減排二氧化碳1600噸。光伏農(nóng)業(yè)是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排和“雙碳"目標(biāo)的有效策略。盡管光伏農(nóng)業(yè)在技術(shù)集成、成本節(jié)約及政策支持等方面存在挑戰(zhàn)，但通過政府、企業(yè)與科研機(jī)構(gòu)的協(xié)作以及技術(shù)創(chuàng)新和管理革新，可以推動(dòng)其科學(xué)發(fā)展。光伏農(nóng)業(yè)的普及對(duì)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)性與鄉(xiāng)村振興具有重要意義，其實(shí)踐有助于開拓農(nóng)業(yè)與新能源融合的新途徑，為產(chǎn)業(yè)升級(jí)提供動(dòng)力。

　　3Acrel-2000MG充電站微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)

　　3.1平臺(tái)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(jié)國內(nèi)外的研究和生產(chǎn)的*經(jīng)驗(yàn)，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(fēng)力發(fā)電、儲(chǔ)能系統(tǒng)以及充電站的接入，*進(jìn)行數(shù)據(jù)采集分析，直接監(jiān)視光伏、風(fēng)能、儲(chǔ)能系統(tǒng)、充電站運(yùn)行狀態(tài)及健康狀況，是一個(gè)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(chǔ)上以經(jīng)濟(jì)優(yōu)化運(yùn)行為目標(biāo)，促進(jìn)可再生能源應(yīng)用，提高電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性、補(bǔ)償負(fù)荷波動(dòng)；有效實(shí)現(xiàn)用戶側(cè)的需求管理、消除晝夜峰谷差、平滑負(fù)荷，提高電力設(shè)備運(yùn)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(jì)運(yùn)行提供了全新的解決方案。

　　微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)應(yīng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，整個(gè)能量管理系統(tǒng)在物理上分為三個(gè)層：設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)通信層和站控層。站級(jí)通信網(wǎng)絡(luò)采用標(biāo)準(zhǔn)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。

　　3.2平臺(tái)適用場(chǎng)合

　　系統(tǒng)可應(yīng)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。

　　3.3系統(tǒng)架構(gòu)

　　本平臺(tái)采用分層分布式結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，即站控層、網(wǎng)絡(luò)層和設(shè)備層，詳細(xì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下：

圖1典型微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)組網(wǎng)方式

　　4充電站微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)解決方案

　　4.1實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

　　微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)人機(jī)界面友好，應(yīng)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(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)光伏、風(fēng)電、儲(chǔ)能、充電站等各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電參數(shù)信息，動(dòng)態(tài)監(jiān)視各回路斷路器、隔離開關(guān)等合、分閘狀態(tài)及有關(guān)故障、告警等信號(hào)。其中，各子系統(tǒng)回路電參量主要有：相電壓、線電壓、三相電流、有功/無功功率、視在功率、功率因數(shù)、頻率、有功/無功電度、頻率和正向有功電能累計(jì)值；狀態(tài)參數(shù)主要有：開關(guān)狀態(tài)、斷路器故障脫扣告警等。

　　系統(tǒng)應(yīng)可以對(duì)分布式電源、儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電管理，使管理人員實(shí)時(shí)掌握發(fā)電單元的出力信息、收益信息、儲(chǔ)能荷電狀態(tài)及發(fā)電單元與儲(chǔ)能單元運(yùn)行功率設(shè)置等。

　　系統(tǒng)應(yīng)可以對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)管理，能夠根據(jù)儲(chǔ)能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)進(jìn)行及時(shí)告警，并支持定期的電池維護(hù)。

　　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(fēng)電、儲(chǔ)能、充電站及總體負(fù)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(chǔ)能及光伏系統(tǒng)信息進(jìn)行顯示。

圖1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(fēng)電信息、儲(chǔ)能信息、充電站信息、通訊狀況及一些統(tǒng)計(jì)列表等。

　　4.1.1光伏界面

圖2光伏系統(tǒng)界面

　　本界面用來展示對(duì)光伏系統(tǒng)信息，主要包括逆變器直流側(cè)、交流側(cè)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)及報(bào)警、逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計(jì)及分析、并網(wǎng)柜電力監(jiān)測(cè)及發(fā)電量統(tǒng)計(jì)、電站發(fā)電量年有效利用小時(shí)數(shù)統(tǒng)計(jì)、發(fā)電收益統(tǒng)計(jì)、碳減排統(tǒng)計(jì)、輻照度/風(fēng)力/環(huán)境溫濕度監(jiān)測(cè)、發(fā)電功率模擬及效率分析；同時(shí)對(duì)系統(tǒng)的總功率、電壓電流及各個(gè)逆變器的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行展示。

　　4.1.2儲(chǔ)能界面

圖3儲(chǔ)能系統(tǒng)界面

　　本界面主要用來展示本系統(tǒng)的儲(chǔ)能裝機(jī)容量、儲(chǔ)能當(dāng)前充放電量、收益、SOC變化曲線以及電量變化曲線。

圖4儲(chǔ)能系統(tǒng)PCS參數(shù)設(shè)置界面

　　本界面主要用來展示對(duì)PCS的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，包括開關(guān)機(jī)、運(yùn)行模式、功率設(shè)定以及電壓、電流的限值。

圖5儲(chǔ)能系統(tǒng)BMS參數(shù)設(shè)置界面

　　本界面用來展示對(duì)BMS的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，主要包括電芯電壓、溫度保護(hù)限值、電池組電壓、電流、溫度限值等。

圖6儲(chǔ)能系統(tǒng)PCS電網(wǎng)側(cè)數(shù)據(jù)界面

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

圖7儲(chǔ)能系統(tǒng)PCS交流側(cè)數(shù)據(jù)界面

　　本界面用來展示對(duì)PCS交流側(cè)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(shí)針對(duì)交流側(cè)的異常信息進(jìn)行告警。

圖8儲(chǔ)能系統(tǒng)PCS直流側(cè)數(shù)據(jù)界面

　　本界面用來展示對(duì)PCS直流側(cè)數(shù)據(jù)，主要包括電壓、電流、功率、電量等。同時(shí)針對(duì)直流側(cè)的異常信息進(jìn)行告警。

圖9儲(chǔ)能系統(tǒng)PCS狀態(tài)界面

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

圖10儲(chǔ)能電池狀態(tài)界面

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

圖11儲(chǔ)能電池簇運(yùn)行數(shù)據(jù)界面

　　本界面用來展示對(duì)電池簇信息，主要包括儲(chǔ)能各模組的電芯電壓與溫度，并展示當(dāng)前電芯的電壓、溫度值及所對(duì)應(yīng)的位置。

　　4.1.3風(fēng)電界面

圖12風(fēng)電系統(tǒng)界面

　　本界面用來展示對(duì)風(fēng)電系統(tǒng)信息，主要包括逆變控制一體機(jī)直流側(cè)、交流側(cè)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)及報(bào)警、逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計(jì)及分析、電站發(fā)電量年有效利用小時(shí)數(shù)統(tǒng)計(jì)、發(fā)電收益統(tǒng)計(jì)、碳減排統(tǒng)計(jì)、風(fēng)速/風(fēng)力/環(huán)境溫濕度監(jiān)測(cè)、發(fā)電功率模擬及效率分析；同時(shí)對(duì)系統(tǒng)的總功率、電壓電流及各個(gè)逆變器的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行展示。

　　4.1.4充電站界面

圖13充電站界面

　　本界面用來展示對(duì)充電站系統(tǒng)信息，主要包括充電站用電總功率、交直流充電站的功率、電量、電量費(fèi)用，變化曲線、各個(gè)充電站的運(yùn)行數(shù)據(jù)等。

　　4.1.5視頻監(jiān)控界面

圖14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(shí)現(xiàn)預(yù)覽、回放、管理與控制等。

　　4.1.6發(fā)電預(yù)測(cè)

　　系統(tǒng)應(yīng)可以通過歷史發(fā)電數(shù)據(jù)、實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)、未來天氣預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)分布式發(fā)電進(jìn)行短期、超短期發(fā)電功率預(yù)測(cè)，并展示合格率及誤差分析。根據(jù)功率預(yù)測(cè)可進(jìn)行人工輸入或者自動(dòng)生成發(fā)電計(jì)劃，便于用戶對(duì)該系統(tǒng)新能源發(fā)電的集中管控。

圖15光伏預(yù)測(cè)界面

　　4.1.7策略配置

　　系統(tǒng)應(yīng)可以根據(jù)發(fā)電數(shù)據(jù)、儲(chǔ)能系統(tǒng)容量、負(fù)荷需求及分時(shí)電價(jià)信息，進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)行模式的設(shè)置及不同控制策略配置。如削峰填谷、周期計(jì)劃、需量控制、防逆流、有序充電、動(dòng)態(tài)擴(kuò)容等。

　　具體策略根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況（如儲(chǔ)能柜數(shù)量、負(fù)載功率、光伏系統(tǒng)能力等）進(jìn)行接口適配和策略調(diào)整，同時(shí)支持定制化需求。

圖16策略配置界面

　　4.1.8運(yùn)行報(bào)表

　　應(yīng)能查詢各子系統(tǒng)、回路或設(shè)備*時(shí)間的運(yùn)行參數(shù)，報(bào)表中顯示電參量信息應(yīng)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、尖峰平谷時(shí)段電量等。

圖17運(yùn)行報(bào)表

　　4.1.9實(shí)時(shí)報(bào)警

　　應(yīng)具有實(shí)時(shí)報(bào)警功能，系統(tǒng)能夠?qū)Ω髯酉到y(tǒng)中的逆變器、雙向變流器的啟動(dòng)和關(guān)閉等遙信變位，及設(shè)備內(nèi)部的保護(hù)動(dòng)作或事故跳閘時(shí)應(yīng)能發(fā)出告警，應(yīng)能實(shí)時(shí)顯示告警事件或跳閘事件，包括保護(hù)事件名稱、保護(hù)動(dòng)作時(shí)刻；并應(yīng)能以彈窗、聲音、短信和電話等形式通知相關(guān)人員。

圖18實(shí)時(shí)告警

　　4.1.10歷史事件查詢

　　應(yīng)能夠?qū)b信變位，保護(hù)動(dòng)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(fēng)速、氣壓越限等事件記錄進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，方便用戶對(duì)系統(tǒng)事件和報(bào)警進(jìn)行歷史追溯，查詢統(tǒng)計(jì)、事故分析。

圖19歷史事件查詢

　　4.1.11電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)

　　應(yīng)可以對(duì)整個(gè)微電網(wǎng)系統(tǒng)的電能質(zhì)量包括穩(wěn)態(tài)狀態(tài)和暫態(tài)狀態(tài)進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)，使管理人員實(shí)時(shí)掌握供電系統(tǒng)電能質(zhì)量情況，以便及時(shí)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(yīng)能實(shí)時(shí)顯示各電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)裝置通信狀態(tài)、各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的A/B/C相電壓總畸變率、三相電壓不平衡度*和正序/負(fù)序/零序電壓值、三相電流不平衡度*和正序/負(fù)序/零序電流值；

　　2）諧波分析功能：系統(tǒng)應(yīng)能實(shí)時(shí)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(yīng)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(dòng)與閃變：系統(tǒng)應(yīng)能顯示A/B/C三相電壓波動(dòng)值、A/B/C三相電壓短閃變值、A/B/C三相電壓長閃變值；應(yīng)能提供A/B/C三相電壓波動(dòng)曲線、短閃變曲線和長閃變曲線；應(yīng)能顯示電壓偏差與頻率偏差；

　　4）功率與電能計(jì)量：系統(tǒng)應(yīng)能顯示A/B/C三相有功功率、無功功率和視在功率；應(yīng)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(yīng)能提供有功負(fù)荷曲線，包括日有功負(fù)荷曲線（折線型）和年有功負(fù)荷曲線（折線型）；

　　5）電壓暫態(tài)監(jiān)測(cè)：在電能質(zhì)量暫態(tài)事件如電壓暫升、電壓暫降、短時(shí)中斷發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)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(guān)人員；系統(tǒng)應(yīng)能查看相應(yīng)暫態(tài)事件發(fā)生前后的波形。

　　6）電能質(zhì)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)：系統(tǒng)應(yīng)能顯示1min統(tǒng)計(jì)整2h存儲(chǔ)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，包括均值、*值、*值、95%概率值、方均根值。

　　7）事件記錄查看功能：事件記錄應(yīng)包含事件名稱、狀態(tài)（動(dòng)作或返回）、波形號(hào)、越限值、故障持續(xù)時(shí)間、事件發(fā)生的時(shí)間。

圖20微電網(wǎng)系統(tǒng)電能質(zhì)量界面

　　4.1.12遙控功能

　　應(yīng)可以對(duì)整個(gè)微電網(wǎng)系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控操作。系統(tǒng)維護(hù)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(yù)置、遙控返校、遙控執(zhí)行的操作順序，可以及時(shí)執(zhí)行調(diào)度系統(tǒng)或站內(nèi)相應(yīng)的操作命令。

圖21遙控功能

　　4.1.13曲線查詢

　　應(yīng)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。

圖22曲線查詢

　　4.1.14統(tǒng)計(jì)報(bào)表

　　具備定時(shí)抄表匯總統(tǒng)計(jì)功能，用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運(yùn)行以來任意時(shí)間段內(nèi)各配電節(jié)點(diǎn)的發(fā)電、用電、充放電情況，即該節(jié)點(diǎn)進(jìn)線用電量與各分支回路消耗電量的統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表。對(duì)微電網(wǎng)與外部系統(tǒng)間電能量交換進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的節(jié)能、收益等分析；具備對(duì)微電網(wǎng)供電可靠性分析，包括年停電時(shí)間、年停電次數(shù)等分析；具備對(duì)并網(wǎng)型微電網(wǎng)的并網(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行電能質(zhì)量分析。

圖23統(tǒng)計(jì)報(bào)表

　　4.1.15網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

　　系統(tǒng)支持實(shí)時(shí)監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設(shè)備的通信狀態(tài)，能夠完整的顯示整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；可在線診斷設(shè)備通信狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)絡(luò)異常時(shí)能自動(dòng)在界面上顯示故障設(shè)備或元件及其故障部位。

圖24微電網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)浣缑?/p>

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

　　4.1.16通信管理

　　可以對(duì)整個(gè)微電網(wǎng)系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備通信情況進(jìn)行管理、控制、數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。系統(tǒng)維護(hù)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(dòng)所有端口或某個(gè)端口，快速查看某設(shè)備的通信和數(shù)據(jù)情況。通信應(yīng)支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信規(guī)約。

圖25通信管理

　　4.1.17用戶權(quán)限管理

　　應(yīng)具備設(shè)置用戶權(quán)限管理功能。通過用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作（如遙控操作，運(yùn)行參數(shù)修改等）。可以定義不同級(jí)別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)、管理提供可靠的安全保障。

圖26用戶權(quán)限

　　4.1.18故障錄波

　　應(yīng)可以在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)準(zhǔn)確地記錄故障前、后過程的各相關(guān)電氣量的變化情況，通過對(duì)這些電氣量的分析、比較，對(duì)分析處理事故、判斷保護(hù)是否正確動(dòng)作、提高電力系統(tǒng)安全運(yùn)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(gè)周波、故障后4個(gè)周波波形，總錄波時(shí)間共計(jì)46s。每個(gè)采樣點(diǎn)錄波至少包含12個(gè)模擬量、10個(gè)開關(guān)量波形。

圖27故障錄波

　　4.1.19事故追憶

　　可以自動(dòng)記錄事故時(shí)刻前后一段時(shí)間的所有實(shí)時(shí)掃描數(shù)據(jù)，包括開關(guān)位置、保護(hù)動(dòng)作狀態(tài)、遙測(cè)量等，形成事故分析的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

　　用戶可自定義事故追憶的啟動(dòng)事件，當(dāng)每個(gè)事件發(fā)生時(shí)，存儲(chǔ)事故前掃描周期及事故后10個(gè)掃描周期的有關(guān)點(diǎn)數(shù)據(jù)。啟動(dòng)事件和監(jiān)視的數(shù)據(jù)點(diǎn)可由用戶隨意修改。

4.2硬件及其配套產(chǎn)品

　　【參考文獻(xiàn)】

　　【1】歐陽琪“雙碳"目標(biāo)背景下“光伏農(nóng)業(yè)"的發(fā)展現(xiàn)狀與展望

　　【2】安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)2022.05版.

　　【3】李燕霞 .“雙碳"目標(biāo)下促進(jìn)光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的稅收優(yōu)惠政策研究 [J]. 商業(yè)觀察，2024，10（05）：29-32.