一、光储充微电网概述
光储充微电网是一种高度智能化的电力系统，在新能源领域占据着重要地位。它主要由光伏电站、储能系统、充电桩、微电网控制器等组成。
光伏电站是光储充微电网的核心部分之一，应选择稳定的组件和好的支架。在设计光伏发电系统时，充分考虑光伏组件的选型、组串方式、布局、安装角度等因素，可提高光伏发电系统的发电效率。例如，截至 2024 年上半年，全国已建成投运新型储能项目累计装机规模达 4444 万千瓦 / 9906 万千瓦时，较 2023 年底增长超过 40%，这其中光伏电站的贡献不可忽视。
储能系统具备储能技术，如锂电池、铅酸电池等，具有高能量密度、长寿命等特点。同时，储能系统的应用还能缓解充电桩大电流充电时对区域电网的冲击，实现电力削峰填谷等辅助服务功能。在很多 “光储充” 一体化充电站的储能系统中，还采用了一些电动汽车上已经被淘汰的电池，实现了动力电池的梯次利用，解决了新能源汽车电池回收的问题。
充电桩应根据实际需要选用适当的充电桩类型，具备可靠性、安全性、稳定性等特点，以便实现对电动汽车的充电需求。随着新能源汽车产业规模的不断扩大，我国累计推广的新能源汽车超过了 450 万辆，占全球的 50% 以上，对充电桩的需求也日益增长。
微电网控制器具备良好的控制功能和通信功能，能够对整个光储充微电网的运行状态进行实时监测和调节，保证整个系统的安全稳定运行。光储充微电网作为一种新型的电力系统，能够实现对电力系统的监测、控制、优化管理，为新能源汽车供应绿色电能，实现绿色供能，具有巨大的社会经济效益。
二、关键技术剖析
（一）光伏储能系统控制策略
选取储能系统设备，考虑不同需求和技术，根据设备性质、能效等因素选择合适设备。
在光储充微电网中，储能设备的选择至关重要。高能量密度的储能设备如超导储能、飞轮储能和电容器，具有快速响应和高功率输出的特点，但成本较高。而高功率密度的电化学和化学储能设备，如铅酸蓄电池、锂电池和氢电池，则在能量存储方面有优势。例如，锂电池的能量密度较高，循环寿命长，在光储充微电网中得到了广泛应用。在选择储能设备时，需要综合考虑设备的性能、成本、可靠性等因素，通过加权平均值计算，选出性能和效益合适的设备。
储能系统设备充放电控制，采用不同连接方式，优化储能设备功率。
储能系统设备的充放电控制对于光储充微电网的稳定运行至关重要。SC 与蓄电池混合设备通过 DC/DC 双向变换器与直流母线相连，可确保设备不过充或过放。被动控制方式虽然安装简单，但功率控制效果较差；主动控制方式成本高但功率控制好；半主动控制试图结合两者优点，但仍存在缺陷。在光伏储能系统中，主动控制可优化储能设备功率，减少充放电功率和冲击电流，延长设备使用寿命，同时保持直流母线功率和电压稳定。
利用规则控制器进行管理，确保低通滤波器通过高频分量，在电容器和蓄电池间分配低频部分。
规则控制器在光伏储能系统中起着重要的管理作用。将直流母线功率差额输入控制器，确保低通滤波器通过高频分量，并按规范在电容器和蓄电池间分配低频部分。在工作流程中，储能设备功率平衡会处理高频分量，加入电容器可以平衡两者。通过文献分析，FLC 在控制期间的定向对于光伏并网中的功率控制措施具有重要意义。在实际应用中，需要结合实际落实基本标准，确保电容器正常运行并满足电力需求。
逆变器处并网功率控制措施，研究非隔离逆变器的直流变换及其正常运行，分析单位功率因数并网控制。
逆变器处的并网功率控制是光储充微电网的关键技术之一。主要任务是研究非隔离逆变器的直流变换及其正常运行，并分析单位功率因数并网控制。逆变器需满足工作需求，特别是零功率因数和母线电压稳定。工作不是逆变器功率因数调节，而是采用双环 P1 控制方式，并关注并网点电流控制和直流母线电压稳定。为提高储能装置放电效果，需优化其管理系统，避免损害其寿命。
（二）光伏储能系统并网思考
光伏储能系统并网技术概述，介绍并网模式及关键角色，分析我国发展面临的问题。
光伏储能系统并网主要分为分布式发电和荒漠电站两种模式。其核心是将太阳能产生的直流电转换为交流电，并接入公共电网。并网逆变器在这一过程中扮演关键角色，负责电流转换、信号检测、功率跟踪和抗孤岛控制。然而，我国的光伏储能系统并网发展缓慢，面临技术难题和缺乏实验数据，其对电网的影响尚不明确。此外，系统稳定性、能量密度和调节能力有待提高，环境因素也会影响发电效率。因此，深入研究并网体系模式对于优化能源结构和提升新能源利用率至关重要。
光伏储能系统并网体系研究，分为单级和二级结构，在于并网逆变器的设计和操作。
光伏储能系统并网体系主要分为单级和二级结构。单级结构通过逆变器将直流电转换为与电网频率和电压幅值相同的交流电。二级结构则先提升直流电电压，再通过逆变器转换为交流电并实现并网。大型光伏电站通常采用单级结构以节约资源，关键在于并网逆变器的设计和操作。并网逆变器能降低成本、提升发电效率和质量，并确保并网效益。同时，逆变器控制需应对电压闪变、孤岛效应等新问题，以减少电网问题。
光伏储能系统并网的配件设计，研究光伏电站结构及转换效率，推动新型元件应用。
光伏电站结构复杂，主要成本在于光伏电池，其转换效率是研究。科技发展推动了单晶硅、多晶硅和薄膜电池的应用，同时出现了聚光光伏元件，能效转换能量。在配件设计方面，需要考虑光伏电池的选型、组串方式、布局、安装角度等因素，以提高光伏发电系统的发电效率。此外，还需要优化并网逆变器、直流母线、控制器等配件的设计，提高整个系统的稳定性和可靠性。
电能变换技术，通过统一控制并网逆变器，实现协同工作。
电能变换技术是光储充微电网的关键技术之一。光伏电站包含众多复杂零件，其中并网逆变器扮演关键角色。其主要功能包括协调控制和集群管理。在实际应用中，通过统一控制并网逆变器，可以减少它们之间的相互影响；同时，利用系统整体控制，实现并网逆变器集群的协同工作，确保电压穿越、孤岛检测等功能的运作。
功率点的跟踪技术，包括直接控制、间接控制和人工智能方法，电流电压检测方法应用广泛。
功率点跟踪技术让控制器实时监测太阳能阵列电压，追踪功率以优化充电和放电管理。该技术包括直接控制、间接控制和人工智能方法。间接控制依赖经验公式和数据库，但跟踪效果不佳。相比之下，电流电压检测方法能更准确地实时追踪功率点，满足各种场景需求，并在实际中得到广泛应用。通过功率点跟踪技术，可以提高光伏发电系统的效率，降低成本，提高系统的稳定性和可靠性。
孤岛效应技术，防止电网故障时影响公共负载供电。
孤岛效应是指当电网故障或维修时，光伏并网系统可能无法准确检测停电并及时断开与电网的连接，影响公共负载供电。为了防止孤岛效应的发生，需要采用孤岛检测技术和保护措施。例如，可以采用被动式孤岛检测方法，通过监测电网电压、频率、相位等参数的变化来判断是否发生孤岛效应；也可以采用主动式孤岛检测方法，通过向电网注入特定的信号来检测孤岛效应。此外，还可以采用防孤岛保护装置，如逆变器的防孤岛保护功能，在检测到孤岛效应时及时断开与电网的连接，保护公共负载和设备的安全。
三、微电网系统优化策略
（一）系统拓扑结构
微电网系统架构一般有两种，一种是直接接入大电网，另一种是分布式电源与微电网组成的混合微网。直接接入大电网，供电可靠性高，但会增加大电网的压力。分布式电源与微电网组成混合微网，既可提高供电可靠性，又能解决大电网问题。混合微网是指多个独立运行的分布式电源和储能装置与大电网组成的新型微电网。根据微网中各单元所连接的电源种类，可分为交流微网、直流微网和交直流混合微网三种拓扑结构。本文主要研究了分布式电源与微电网间的交互方式对光储充微电网系统的影响，以考虑光伏发电和储能系统同时参与出力为条件，构建了光储充微电网系统的控制策略和优化模型。通过对不同拓扑结构的分析和比较，选择适合光储充微电网的拓扑结构，以提高系统的稳定性和可靠性。例如，在实际应用中，交直流混合微网可以充分发挥交流和直流系统的优势，提高能源的利用效率。
（二）协调控制策略
光储充微电网采用传统的下垂控制和电压频率控制，可以实现光储充微电网内各分布式电源在不同运行模式下对系统功率与电压频率的控制，保障微电网系统的稳定运行。在下垂控制中，各分布式电源根据自身的输出功率和电压变化，自动调整输出电流，以实现功率的平衡分配。电压频率控制则通过调节分布式电源的输出电压和频率，使系统的电压和频率保持在稳定的范围内。例如，当光储充微电网处于孤岛模式时，通过下垂控制和电压频率控制，可以实现各分布式电源的协调运行，保证系统的稳定供电。
（三）储能装置配置方案
储能系统在微电网中主要应用于平滑负荷波动、提高电力系统可靠性、减少太阳能的弃光现象。常用的储能设备主要有蓄电池和电容，其中蓄电池作为储能装置的主体，主要承担着储能与电网间的能量交换功能，通常是在光伏发电功率波动时进行充放电；而电容由于具有大电流充放电、功率密度高、循环寿命长、响应速度快等特点，广泛应用于新能源汽车充电站等场景。为实现微电网储能装置的经济运行，可采用经济运行策略来优化配置储能装置容量和功率。本文根据储能系统的不同运行方式，设计了一种可用于光储充微电网的能量管理策略，包括光伏发电出力管理和负荷功率管理。通过合理配置储能装置，可以提高光储充微电网的稳定性和可靠性，降低运行成本。
（四）整体控制策略及系统架构
本文根据系统运行的主要约束条件，考虑不同类型储能设备的性能和容量限制，利用储能设备的充放电特性进行优化调度，以实现储能设备运行成本。对每个微电源进行合理的能量管理和控制，避免其出现过充或过放，以提高整体系统的利用率。此外，对负荷进行实时监测、评估及预测，进而对其用电负荷进行管理与控制，使负荷在安全的范围内使用。其中，光伏发电模块中光伏组件通过串并联方式接入电网；储能模块以蓄电池为主进行储能；充电模块则是采用直流输入或交流输入方式向负载供电；负载则是采用交流输出或直流输入的方式为负载供电。通过整体控制策略及系统架构的优化，可以提高光储充微电网的运行效率和稳定性。
（五）仿真分析
根据设计方案，搭建了一个包含光伏发电、储能系统和负荷的光储充微电网系统。微电网中的光伏发电采用集中式功率点跟踪控制，储能系统采用分散式功率点跟踪控制，储能系统可与大电网进行能量交换。本文中对微电网系统的运行进行了仿真，并与传统的分布式电源运行方案进行了对比。光储充微电网整体运行策略如图 4 所示。在峰谷电价下，光伏发电功率为 60 kW、储能系统功率为 300 kW 和负荷功率为 20 kW 时，光储充微电网可以稳定运行。在峰谷电价下，以储能系统投资成本小为目标，将光伏发电容量和储能系统容量分别设定为 800 kW 和 600 kW 时，得到了不同策略下的运行结果。通过仿真分析，可以验证光储充微电网系统的控制策略和优化模型，为实际应用提供参考。
四、多目标优化调度策略
（一）考虑 V2G 的协同调度模型
在光储充微电网中，建立以经济性和并网负荷波动率为双目标的蓄电池和 V2G 的协同调度模型具有重要意义。该模型旨在通过合理调度蓄电池和利用电动汽车的 V2G（Vehicle-to-Grid）技术，实现微电网的经济运行和稳定并网。模型中，经济性目标考虑了微电网的运行成本、购电成本、售电收益等因素。并网负荷波动率目标则旨在减少微电网对大电网的冲击，提高电网的稳定性。通过对蓄电池和 V2G 的协同调度，可以在不同的运行条件下，优化微电网的能量分配，实现经济与稳定的双重目标。
（二）粒子群算法对比分析
采用粒子群算法对电网、微网调度中心和电动汽车用户三方在四种运行模式下的经济和安全影响进行对比。这四种运行模式分别为无、无序、转移和调度 V2G 电动汽车负荷。在无模式下，微电网不考虑 V2G 技术，仅依靠传统的电源和储能设备进行运行。无序模式则是在没有特定调度策略的情况下，允许电动汽车随机接入和断开电网。转移模式是指将部分负荷从高峰时段转移到低谷时段，以减少电网压力。调度 V2G 电动汽车负荷模式则是通过合理调度电动汽车的充放电行为，实现微电网的优化运行。通过粒子群算法对这四种模式进行对比分析，可以评估不同模式下的经济和安全性能，为选择运行模式提供依据。
（三）结果与讨论
引入 V2G 技术可以替代部分蓄电池容量，从而降低储能成本。据相关研究显示，当电动汽车的数量达到一定规模时，应用 V2G 技术可为电网提供 MW 级甚至 GW 级的功率调节能力。在负荷峰谷平抑方面，调度 V2G 电动汽车能够在峰时放电，平时充电，削峰填谷，减小了对电网的冲击。例如，在住宅区场景中，当有一定比例的电动汽车参与 V2G 应用时，电网的负载可以从无序充电的超载状态恢复到基础负载水平。此外，在经济收益方面，引入 V2G 技术可以提高光伏微网的经济效益，降低用户的用电成本。对于电动汽车用户来说，参与 V2G 调度还可以获得一定的经济补偿，例如通过谷电价买入峰电价卖出的方式实现电价差的收益。同时，光储充一体化微网结合 V2G 技术，将推动电动汽车与光伏微网的深度融合，进一步推动可再生能源的开发利用。
五、功率优化方法及协调控制策略
（一）光储微电网结构及功率优化方法
光储微电网主要由光伏发电系统、储能系统、逆变器、配电系统和负载组成。在这个复杂的系统中，储能系统处于核心地位，实现了太阳能光伏发电的可持续利用。
基于阈值控制的充放电控制策略，通过设定电池充放电的上下限阈值，实现智能控制电池的充放电状态。例如，当电池电量低于下限阈值时，系统可以及时启动充电器，将电池充电至上限；当电池电量超过上限阈值时，系统可以提示用户关闭终端设备等措施，以限制电池的充电量，从而降低在逆变器供电过程中的能量损失。据统计，采用这种策略可以降低能量损失约 15%。
基于模糊控制的充放电管理方法，通过分析光伏发电、储能与负载之间的能量流动过程，研究电池充放电的优化策略，从而实现光储微电网的模糊控制。模糊控制能够分析出光伏发电、储能与负载三者之间的不确定性因素，通过高低规则库与隶属度函数的建立，实现智能控制系统在不确定性因素下。实验表明，这种方法可以提高系统的稳定性和可靠性，减少故障发生的概率。
基于模型预测控制的功率协调管理技术，通过对系统数据的动态建模预测，实现功率点跟踪和储能系统控制，提高了光储微电网的功率利用和效率。模型预测算法将当前观测到的数据，采用预测算法求解，并将求得的解进行反馈控制。例如，在实际应用中，该技术可以使光储微电网的功率利用率提高约 20%。
（二）光储微电网协调控制策略
逆变器功率控制协调策略
逆变器是光储微电网中的关键设备之一，负责将直流电转化为交流电，控制交流电的频率与电压稳定。逆变器功率控制协调策略的关键在于通过逆变器直流电电压的控制，实现储能电池的充放电控制。逆变器可以降低成本、提升发电效率和质量，并确保并网效益。同时，逆变器控制需应对电压闪变、孤岛效应等新问题，以减少电网问题。
储能系统引导控制策略
当电池电量不足时，应优先启动储能系统，使其自动进行电池充电，达到储存状态，在供电时优先选择储能系统输出电能。这样可以提高系统的可靠性和稳定性，减少对外部电网的依赖。例如，在一些偏远地区的光储微电网中，储能系统引导控制策略可以确保在外部电网故障时，系统仍能正常运行。
负载匹配控制策略
光储微电网中负载的变化对设备的稳定性和安全性具有很大的影响。因此，在运行中，应根据负载的需求情况设置控制策略，匹配负载与系统能量的匹配度，降低能量的浪费与损失。例如，可以通过实时监测负载的变化，调整光伏发电系统和储能系统的输出功率，以满足负载的需求。同时，可以采用智能负载管理技术，对负载进行分类和优先级管理，确保关键负载的供电可靠性。
六、光储充微网系统的调度方法
（一）智能调度方法及系统
光储充微网系统的智能调度方法及系统，通过分别获取园区的光伏系统的当前光伏装机容量、储能系统的当前储能装机容量以及对应的当前采集时间、当前天气数据和当前电价并形成特征向量。同时，根据获取得到的园区的当前光伏发电功率序列、充电桩系统的当前充电功率序列和园区的其余负荷的当前负荷功率序列，分别预测得到当前采集时间之后的未来时段对应的预测光伏发电功率、预测充电功率和预测负荷功率并形成特征向量。将特征向量输入至以园区的用电收益为目标及对应的约束条件下训练得到的智能调度模型，以预测得到储能系统在当前采集时间之后的未来时段的预测储能电量，从而实现光储充微网系统的智能调度。这种方法综合考虑多个特征指标，能够有效提升光储充微网系统的稳定性与经济性。
（二）基于神经网络的调度方法及装置
基于神经网络的光储充微网用电智能调度方法及装置，首先采集光储充电站内的历史记录的环境数据以及运营数据，形成样本数据集。然后将样本数据集输入神经网络模型进行训练，得到发电量预测模块以及用电量预测模型。接着获取预测时段内预测的环境数据以及运营数据，并将其输入发电量预测模型以及用电量预测模块，得到预测用电量以及预测发电量。根据预测用电量以及预测发电量，选取电能调度策略，对光储充电桩电网的电能进行匹配调度，使光储充电站用电成本小。通过这种方式，应用深度卷积神经网络技术理论，实现了对光储充微网充电站光伏发电量和负载用电量的预测及站内能源的智能化调度，提高了光储充微网充电站能源使用效率，降低了光储充电站运营成本和电网压力。
七、调度案例
（一）企业微电网智慧能源平台
企业微电网智慧能源平台具有诸多显著特点。首先，平滑功率输出功能能够提升绿电使用率，保障电力供应的稳定性。例如，在实际应用中，某企业通过该平台实现了功率输出的平稳化，绿电使用率提高了约 30%。其次，削峰填谷和谷电利用功能大大提高了经济性。据统计，采用该平台后，企业的用电成本降低了约 25%。此外，该平台还能降低充电设备对局部电网的冲击，以及降低站内配电变压器容量。
其核心功能主要包括能源规划、控制策略和预测与经济调度。在能源规划方面，采用鲁棒优化方法进行优化配置，为企业提供经济容量规划方案。例如，某企业在进行能源规划时，通过该平台的优化配置，成功降低了 20% 的设备投资成本。优化控制策略包括削峰填谷、需量控制、备用电源和柔性扩容等。例如，在削峰填谷方面，配合储能设备实现低充高放，平衡了电力供需。在预测与经济调度方面，进行分布式发电与用电负荷的短时与超短时功率预测，为经济调度做数据支撑。同时，建立经济成本低、环境污染成本低、经济性成本的目标函数，通过解决非线性、多约束条件的高维优化问题，制定经济调度下的电网、光伏、风电、储能出力计划。
以江阴某光储充微电网项目为例，该项目采用 0.4kV 并网，光伏配合储能系统满足内部需求的情况下，实现了峰谷套利、备用电源等运行模式。项目中，车棚光伏装机容量 118kW，通过 9 台逆变器接入系统；风机安装在餐厅楼后，装机容量 10kW，通过 2 台逆变器接入系统；集装箱内安放储能系统，装机容量 50kW/100kWh；充电桩系统包括 7kW 交流桩 20 台、60kW 直流桩 2 台、120kW 直流桩 1 台；负荷系统主要为餐厅、展厅进行供电，负荷功率约 70kW。该项目具有光储充综合监测、保障设备安全运行、运用储能削峰填谷降低用电成本、运用储能进行新能源消纳提升光伏消纳率以及自发自用余电不上网等方案特点。
