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能源光儲充一體化電站建設現(xiàn)實意義
光儲充一體化的電動汽車充電站是將可再生能源光伏發(fā)電與儲能系統(tǒng)相結合共同組成充電設施的電能補給系統(tǒng)，光伏和儲能相互結合可以充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢，就地消納了光伏能源，實現(xiàn)了可再生能源的整合，提高了可再生能源的滲透率，將充電站與可再生能源有效銜接，在用電高峰時，減輕了電動汽車超充時高電壓、大電流對配電網造成的沖擊，能夠很好地滿足各類型電動汽車的快充需求；
夜間用電低谷時，則會給自身儲電，起到局部微網削峰填谷的作用。有效緩解了充電站充電負荷的不確定性所產生的不利影響，節(jié)省了配電增容費用，彌補了太陽能發(fā)電連續(xù)性不佳的缺點。
合理的配置優(yōu)化光儲充一體化充電站，或將成為充電設施未來發(fā)展的主流方向，能夠獲得更高的社會效益和經濟效益。
在新能源發(fā)電占比逐漸加大的背景下，光伏與風力發(fā)電等新能源發(fā)電系統(tǒng)輸出電力波動更明顯，直接威脅了電網運行的穩(wěn)定性，資源浪費問題逐漸凸顯出來，使得新能源發(fā)電推廣應用被制約。
光伏系統(tǒng)內儲能配置也逐漸發(fā)展成主要研究方向。在電動汽車數(shù)量增加的同時對于充電需求也明顯加大，早期老舊小區(qū)、高速公路和公共場所建設的充電場所在配電容量方面也逐漸出現(xiàn)問題。
為此，新能源光儲充一體化電站建設與推廣的商業(yè)價值突出，同樣可促進電動汽車以及新能源的發(fā)展。
新能源光儲充一體化電站闡釋
▌電動汽車型
電動汽車充電樁分為交流電和直流電兩種。前者主要是交流電源充電輸入端與交流電網連接，輸出端依靠插頭與電動汽車連接，以3kW、5kW、7kW小功率為主，不僅體積小且具有較強的適用性，安裝相對簡單，但充電速度緩慢，通常用于居民小區(qū)與商場。
而后者的功率以60kW、120kW為主，能滿足各種電池的各種充電方式，充電速度較快但需要配置較多設備，重量大且占地面積相對較大。
在追求碳中和目標的過程中，優(yōu)先開發(fā)當?shù)氐目稍偕茉床⒔Y合儲能新技術是電動汽車充電站建設的大趨勢，太陽能為清潔能源，光伏組件的結構安裝也較為簡單，在充電站儲能的基礎上，可使光伏輸出波動頻率得到緩解。
▌戶用型
此類型電站發(fā)電十分方便且靈活，具有自發(fā)自用的特點，被廣泛用于醫(yī)院、住宅區(qū)與學校。戶用型光儲充結構（圖1）主要包括三類：
1）直流結構：單母線結構，采用單母線將變換器與各負荷單元分段接線，各單元之間的電壓相同；雙母線結構，分為兩個電壓等級，其中一條回路中斷，另外一條作為備份母線便會繼續(xù)給設備正常供電；
2）交流結構：交流母線主要是電網經變壓器形成，轉換量較大，電能損耗也更大，因此效率較低，成本較高。交流母線由光伏形成，經變換器實現(xiàn)儲能，兩者都是經獨立的dc-ac變換后接入電網；
3）交直流結構：交直流混合節(jié)省了發(fā)電端與受電端之間的交直流變換的環(huán)節(jié)，將交流和直流連接后任然可以單獨進行控制。且用電效率和穩(wěn)定性更高，具有較多的應用場景。
新能源光儲充一體化電站建設的關鍵技術
▌光伏電池出力
光伏電池是用硅片、無機鹽化合物、功能高分子材料、納米晶等材料制作而成，利用以上材料吸收太陽光能后，物體內電荷分布狀態(tài)改變進而產生電動勢和電流，完成光能量向電能量的轉換，也就是通常所說的光伏效應。
目前，光伏電池多為P-N結型，通過P型半導體與N型半導體的緊密連接，兩種半導體的接觸面因載流子濃度不同而產生擴散運動，也就是載流子流，從而形成正負離子電場。
在理想狀態(tài)下，左側光生電流IL為恒流源，在光照的強度變大以后，電流會隨之增加。根據(jù)圖2可知，Ish為旁路電流，Rs為串聯(lián)電阻，I是光伏電池輸出電流，IP為PN結正向電流，U屬于端電壓，Rsh是旁路電阻。對光伏電池輸出影響的因素諸多。
▌負荷特性
負荷，指的是電力系統(tǒng)、發(fā)電廠瞬間所形成的工作負載，主要包括四類（見表1）：
光儲充一體化電站為電動汽車充電的過程中需對照明負荷加以考慮，若設置于居民區(qū)與商業(yè)住宅內，也要對商用負荷、辦公類負荷以及生活清潔負荷等情況加以考慮。
需求相應策略的選擇關鍵在于負荷響應能力，需結合系統(tǒng)的運行需求對負荷進行調度，以達到負荷峰谷差縮減的目的。
▌儲能系統(tǒng)
儲能電池是光儲充一體化充電站必不可少的電能存儲部件，在光照充足時存儲電能，在光照不足和應急狀態(tài)下可以為負載供電。
鉛酸蓄電池、鋰電池、鎳鎘電池、鈉硫電池是以稀硫酸為電解質的化學儲能，通過電化學反應實現(xiàn)電能與化學能之間的額相互轉換。
另外還有釋放壓縮空氣來驅動發(fā)電的機械儲能方式和超導體的線圈的電磁儲能方式。儲能電池應具備充放電循環(huán)的特點，并具有環(huán)保和安全性。因鋰電池充放電效率與性價比較高，充電能力強、時間短，低溫放電性能好，所以多被用做光儲充一體化電站儲能電池。
蓄電池使用期間若有過度充放電的情況，其使用壽命也會受到影響，使其荷電狀態(tài)受到限制。
▌充電樁設備
汽車充電樁工作模式是由整流模塊將輸入主回路的三項交流電轉換為直流電，進入二次回路完成待機、充電、讀卡、啟停等指動作流程。而直流充電樁選擇的是DC/DC變流器，充電功率大、速度快，多見于充電站或大型商超停車場；
交流電電樁一般選擇DC/AC變流器，通過整流逆變模塊，能與后臺順暢通訊，完成電網與電池的雙向能量交換，充電功率小、速度慢，多見于居民小區(qū)停車場。電動汽車充電站發(fā)展前景廣闊，但同樣需對光伏供電比、充電樁利用率、最大上網電量、平均排隊時間等進行綜合考慮。
▌耦合技術
考慮光伏系統(tǒng)與儲能系統(tǒng)技術特點，光儲充一體化電站適配形式主要選擇交流耦合與直流耦合等多種，進而與各場合需求相適應。
其中，直流耦合技術就是在光伏組件將直流電輸出以后經過匯流箱實現(xiàn)匯流，并利用PDS直流變流器與PCS儲能變流器連接。
而交流耦合技術則是由光伏組間輸出直流電后，借助逆變器向交流電轉換，儲能蓄電池在直流電輸出后經PCS儲能變流器向交流電轉換，在兩者匯流后可為充電樁供電。
新能源光儲充一體化電站建設難點
▌配電網負載過重
若大規(guī)模電動汽車處于無序充電狀態(tài)，會嚴重影響電網經濟性、電能質量與安全穩(wěn)定運行等。
電站為電動汽車充電的過程中，電力負荷會隨之增加，使得峰谷值被擴大，所以配電廠要使用大量備用電來滿足用電峰。而對于網損，部分學者在驗證后指出，線路損耗最小的前提是滲透率為20%。
滲透率越高，線路損耗越大，二者之間存在正比例關系。線路損耗率公式是：
電站形成諧波會對變壓器與電能質量產生一定影響，而諧波電流還會使導線電阻增加，導致變電器的熱損隨之提高，直接影響了輸出電能的質量。
▌充放電儲能協(xié)同調度缺乏合理性
大力發(fā)展光伏發(fā)電并與電網充電協(xié)調調度，或者加強充電站與光伏發(fā)電系統(tǒng)的關聯(lián)惡意提高對光伏能源的消納利用能力，有效降低碳排放量。但現(xiàn)實情況是，調整電網的能源結構并不容易，光伏能源分布地與充電站地域間的關聯(lián)及規(guī)律并不好把控。
隨著汽車充電站規(guī)模的日益增大，儲能負荷不斷增加，由于不同區(qū)域的光伏發(fā)電特性差異明顯，光伏充電站的容量配置等方面都需要進行優(yōu)化調度，以應對分布式電荷的缺乏特性，協(xié)同性和互補性較強，但電網調度利用互補性的程度有限，直接影響了光伏發(fā)電的效率。
▌電網規(guī)劃挑戰(zhàn)嚴峻
電動汽車充電具有隨機性和集聚性，當很多用戶集中夜間充電時，與基礎用電高峰疊加對電壓等級、電網容量等均是很大的考驗，電網負荷明顯加重，尤其是大功率直流樁充電時，可能產生諧波電流和沖擊電壓，會嚴重影響局域電網質量和供電安全，當前很多充電站將儲能電池作為可分散電源，并于電峰狀態(tài)下供電，以減輕對電網負荷的影響，但是效果并不明顯。
目前的充電站呈現(xiàn)散、多、亂的狀態(tài)，對電動汽車的充電時間與地點并沒有較好的引導和調節(jié)方案，對電網的擴容和服務工作帶來較大的挑戰(zhàn)，所以電路、繼電器與配電容等相關設備均要及時更新。
解決新能源光儲充一體化電站建設的關鍵技術
▌保證充電的有序性
電動汽車在電站充電的過程中會使峰谷差增加，在對此問題核決的過程中主要考慮兩個問題，即增加蓄電池的放電能力和有效調整電動汽車的充電時段，保證錯峰、有序進行。
如果選擇電池放電的方式，要想確保整個電網有功功率平衡，規(guī)避電網的波動，則要求電動汽車的供電與具體條件相滿足，即公式為：P total(t)=PEV(t)=P loss(t)+P fund(t)；
錯峰充電的一種方法是運行電網調控機制，當用電高峰時電動汽車與電網連接也不會發(fā)生充電行為，待電峰值結束以后，電網會立即充電。
另一種方法便是制定相關制度嚴格管控電動汽車的充電行為。在對汽車充電負荷影響潮流程度方面，一般可利用蒙特卡洛對充電負荷進行模擬，并將DIgSILENT電網節(jié)點加入后，利用潮流公式對結果進行計算。
▌優(yōu)化設計濾波器
光伏發(fā)電網輸出的電流中含有大量諧波，嚴重影響電能質量，并有大規(guī)模事故的風險。諧波污染問題的解決方法主要包括兩種：
1）諧波源減少諧波含量；2）諧波濾除裝置的增設。以LCL濾波器的設計舉例分析，其優(yōu)勢表現(xiàn)為：LCL濾波器為三階系統(tǒng)，衰減速率較高，濾除諧波所需的電感量較小，同樣系統(tǒng)體積較小，內加阻抗能避開諧振點，抑制諧振效果更明顯。
優(yōu)化濾波器設計時，需在與逆變器濾波滿足的基礎上盡可能減小電感數(shù)值。
▌充放電儲能協(xié)同調度
要想確保電站經濟、安全且可靠，有必要對電動汽車的儲能與充放電功能進行科學運用。通常，借助微電網能量管理系統(tǒng)采集電動汽車的基本信息與運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，而后進行全局化調度，向V2G控制中心上傳決策信息，通過此技術即可對電動汽車的充電時間與充放電功率進行控制。
結語
新能源光儲充一體化電站是電動汽車能夠快速發(fā)展的重要前提和基礎保障，在其建設時要認真勘察周邊環(huán)境的影響，準確評估站點的充電負荷量，分配好蓄電池容量，使其能為區(qū)域電網用電峰提供補充和輔助，不管是電動汽車型或是戶用型，均需對電站關鍵技術發(fā)展多加關注。
