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一、項目概況

1、項目背景
某單位規劃建設一套小型光伏儲能發電教學系統，一方面可作為學生教學實踐的平臺，另一方面為校內實驗室負荷進行供電，盡量減少對市電的依賴，實現節能減排的目的，同時在具有示范意義。該光伏儲能發電系統利用校內的建筑屋頂建設光伏系統，為教學樓內的實驗室負荷供電，白天負荷較小，晚上學生自習時負荷較大，總負載不超過5kW；當地日照資源豐富，日照峰值時間3.5-4h，晚間備電時間約2小時,考慮系統容量，光伏組件容量設計為：5kWp,儲能系統容量為：10kWh。
2、項目意義
建設光伏儲能發電系統主要實現目的如下：
（1）為教學提供實踐應用平臺；
（2）為學校實驗室負載供電，節省電費支出；
（3）鼓勵低碳技術的應用，節能減排，保護生態環境，在校內啟到示范效應；

二、光伏儲能發電系統設計

5KW光伏儲能發電系統主要由光伏子單元、儲能子單元、電網接入裝置和能量管理系統四大部分構成。★投標時提供光伏儲能發電實訓系統省級或以上第三方檢測機構出具的檢測報告。
系統主要設備包括：
1、儲能電池
2、BMS系統
3、電池控制系統
4、儲能逆變器
5、光伏組件
6、匯流箱
7、通訊裝置
8、防雷及接地裝置
9、設備之間的連接電纜（包括直流側和交流側）
（一）光儲系統拓撲圖

圖1 ：光伏儲能系統拓撲圖

圖2 ：光伏儲能系統接線圖

（二）系統運行原理
控制原則如下：
1、白天，光伏系統發電優先給實驗室內負載供電，當光伏發電功率大于負荷功率時多余電能儲存在蓄電池中，當光伏發電功率小于負荷功率時，儲能電池和光伏發電一起給負載供電；

2、夜晚，光伏側直流停機，由儲能電池通過儲能逆變器單獨給負載供電，當電池剩余容量（SOC）放到設定值，系統自動切入電網，由電網給負載供電，根據需求，電網可以通過儲能逆變器給電池充電，也可以不充電；

3、當電網出現故障時，光儲系統自動切換至離網運行模式，由光伏電池和儲能電池同時向負載供電；

4、電網可以向儲能電池充電，充電功率及充電時間可調；

三、主要設備配置表

表1：該系統配置按照夜晚2小時供電要求，備單元配置如下

四、系統主要設備功能參數介紹
（一）儲能逆變器功能介紹

1、產品主電路

主電路框圖

產品主電路采用雙向PWM逆變電路及相應的控制電路、保護和監控電路。直流側由緩沖電阻、防反二極管和直流接觸器組成了直流側緩沖電路，當初始連接各種電池時對直流母線電容進行緩沖。主電路電源可有交直兩用供電，以使系統在電池或電網有電時都可以工作。
2、產品特點
（1）技術領先，全面滿足電網或負荷的接入與控制要求
1)具有并網充放電、獨立逆變功能，適合各種應用場合
2)具有并網和離網并聯功能，良好的擴容性
3)可與多種蓄電池接口，具有多種充放電工作模式
4)可以實時接受系統調度指令和BMS指令，通訊方式有RS485、CAN、以太網
5)無功功率可調，功率因數范圍超前0.9至滯后0.9
6)直流電壓范圍，支持低壓48V蓄電池輸入
7)110%額定輸出功率可實現長時間運行
（2）高效節能，更集成，更好的客戶體驗
1)正面維護，可靠墻安裝，安裝維護更方便，降低維護成本
2)防護等級為IP21，具有防滴水功能，具備防凝露功能
3)高效PWM調制算法，降低開關損耗
（3）更多優點
1)雙電源冗余供電方案提升系統可靠性
2)完善的保護及故障告警系統，更加安全可靠
3)采用動態圖形液晶界面，提供友好的操作體驗
4)-25℃~+55℃可連續滿功率運行
5)適應高海拔惡劣環境，可長期連續、可靠運行
6)支持離網主動運行功能
7)適合共直流母線系統和共交流母線系統
3、產品技術指標

4、工作邏輯架構

（1）——并網發電、離網備用功能
1）電網供電時，儲能逆變器并網工作在恒壓模式，維持蓄電池SOC在一定水平，光伏逆變器并網發電。
2）微網供電時，儲能逆變器工作在獨立逆變模式建網，光伏逆變器并網工作，光伏發電大于負載時，光伏優先供負載供電，剩余電力給電池充電；光伏發電小于負載時，儲能和光伏共同為負載供電。 
3）可選擇電網優先或微網優先，根據選擇的模式進行供電邏輯切換。
4）觸摸屏控制啟動、停止和參數設置。 
（2）——電網（或柴油機）、微網切換功能
1）電網供電時，當電池組SOC超過設定值時，儲能逆變器和光伏逆變器不工作；當電池組SOC不足時，儲能逆變器獨立逆變建網，光伏逆變器并網工作，給電池組充電。 
2）微網供電時，儲能逆變器工作在獨立逆變模式建網，光伏逆變器并網工作，光伏發電大于負載時，光伏優先供負載供電，剩余電力給電池充電；光伏發電小于負載時，儲能和光伏共同為負載供電。 
3）可選擇電網優先或微網優先，根據選擇的模式進行供電邏輯切換。 
4）觸摸屏控制啟動、停止和參數設置。 
5、智能化云控制系統
（1）電氣系統
1）額定電壓與頻率：支持AC 220V（適合單相和兩相電路）及AC 400V（三相和四相電路），適應不同電壓等級的電氣系統，額定頻率為50Hz或60Hz，滿足全球多數電網需求。
2）極數：提供2P（兩極）和4P（四極）版本，適用于不同類型的電路配置。
3）額定電流：覆蓋10A至100A廣泛范圍，滿足不同負載需求。
4）殼架等級額定電流：100A，表明設備框架能承受的最大電流。
5）短路分斷能力：具備3kA或6kA的額定短路分斷能力，確保在短路時迅速切斷故障電流，保護線路和設備安全。
6）功耗低：最大功耗≤0.9W，有助于節能減排。
7）過載與短路保護：微斷云控智能斷路器首先是一個傳統的電氣保護設備，內置有熱磁脫扣器。當電路中電流超過額定值（過載）或瞬間產生巨大電流（短路）時，熱元件和磁元件會分別響應電流的熱效應和磁效應，導致脫扣機構動作，從而迅速斷開電路，保護電氣設備免受損害。
8）漏電保護：通過內置的漏電保護模塊，實時監測電路的剩余電流（即流入與流出電流的差值）。一旦剩余電流達到預設值（如30mA或100mA），漏電保護會在極短時間內（<0.1秒）動作，切斷電路，防止人體觸電事故。
9）機械壽命：≥10000次開關操作，保證長期使用下的穩定性能。
10）電氣壽命：>6000次操作，確保電氣性能的持久可靠。
（2）智能化控制功能★投標時逐條演示此項功能。
1）本地控制：微斷云控智能斷路器保留了手動控制接口，用戶可以直接通過斷路器上的物理按鈕進行電路的通斷操作，或者連接外部控制信號線，實現自動化控制。
2）遠程控制：通過集成的通信模塊（如Wi-Fi、4G/LTE等），微斷云控智能斷路器能夠接入互聯網。用戶通過手機APP、或電腦網頁等遠程控制平臺，向云服務器發送控制指令。云服務器接收到指令后，通過安全的通信協議轉發給相應的智能斷路器，使其執行開關操作。
故障診斷與報警：內置的傳感器和微處理器能夠實時監測電路狀態和設備本身的工作狀況。一旦檢測到異常（如過溫、短路后未復位等），信息會被上傳至云端，云平臺隨即向用戶發送報警通知，提示進行維修或檢查。
3）Wi-Fi連接：支持Wi-Fi連接，方便用戶通過智能手機等設備遠程控制和監控。
4）場景聯動：兼容智能家居系統，可與其他智能設備聯動，實現自動化場景設置，如離開模式自動關閉非必要電器。
5）語音控制：與小愛音箱等智能音箱配合，支持語音指令控制，提高操作便利性。
6）多人控制：通過網絡連接，允許多個用戶授權后共同控制，便于多成員間共享管理權限。
（3）物聯網與云計算功能
1）云平臺：云端服務器是整個系統的大腦，負責數據的收集、存儲、分析與處理。所有連接的智能斷路器狀態數據匯總至云端，用戶可以在任何時間、地點通過互聯網訪問這些數據，查看設備狀態、歷史記錄和報警信息。
2）數據分析與優化：借助云計算能力，云平臺能夠對收集來的大量數據進行深度分析，識別用電模式，預測潛在問題，甚至根據用戶習慣提供用電效率建議。此外，系統能夠通過固件更新持續優化斷路器的性能和功能。
★投標時提供智能物聯網系統應用軟件著作權證書原件備查。
（二）磷酸鐵鋰電池性能介紹
磷酸鐵鋰電池，是指用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池，磷酸鐵鋰晶體中的P-O鍵穩固，難以分解，即便在高溫或過充時也不會像鈷酸鋰一樣結構崩塌發熱或是形成強氧化性物質，因此擁有良好的安全性。
（1）安全性領先
材料/電芯級6重安全裝置，開關盒系統級雙重保護回路，確保系統安全性；從電芯到系統具有全球級安全性權威認證：UL1642、UN38.3、UL1973、VDE、JET。

1）內置可靠的安全閥，當過充電或溫度急劇上升時，伴隨者副反應發生，單體內壓增加到一定值，安全閥自動開啟泄氣，防止電池鼓脹或爆炸 ；
2）隔膜采用耐高溫陶瓷涂布技術，防止由枝晶或電池遭沖擊時造成的內部短路，高溫時切斷鋰離子傳輸通道。
3）內置正極保險絲（即正極通過熔絲與外殼相連），當電池短路或過充電等意外時，內置正極保險絲熔斷，起保護作用；
4）負極具有過充電的保護裝置OSD，過充電等濫用情況下，單體內部氣壓上升，誘發OSD變形，充電電流迂回至殼體回路，促使正極保險絲熔斷，切斷充電回路；
5）正極性鋁質方形外殼，具有良好的導熱散熱性能，又能阻止表面腐蝕，在長期使用時避免電解質的泄漏；
6）殼體內置放針刺保護層（NSD），當外殼被尖銳硬物刺穿時，NSD層提前與殼體形成回路，降低電芯短路風險。
7）回路斷路器可避免電池組因外部短路造成的損害。
（2）優異的電化學性能
循環壽命長、耐受性強，良好的高低溫性能；
?圓形電芯設計，極高的電解液量和電解液保持率（相比較軟包電池），確保單體電芯在25℃下，@0.5C1C、DOD100%、 EOL80%循環次數高于4000次，同款產品已大批量應用在電動車領域，其性能也獲得多家車企的驗證，該產品儲能領域應用，建議放電倍率在0.5C以下，預期其循環壽命遠高于6000次。

（3）剩余容量無瞬間跌落特性
EOL低于50%，放電性能仍能預測；
圓形電芯設計極高的電解液保持率，電池生命周期內不存在電解液的干涸（與軟包電池相比），即使容量衰減到50%，剩余容量不會出現“瞬間跌落”現象。意味著更長的資產利用率和更高的投資回報率。

（4）系統適用性強
圓形鋁殼電芯、標準化模組、通用型機架設計，便于規模化生產組裝，靈活的系統組合，可滿足各種定制化需要；
?寬廣的系統電壓范圍，通過不同的串聯組合可提供不同電壓等級的電池系統。
?寬廣的系統容量范圍，通用型機架式并聯組合可提供容量多樣式電池系統。可以有幾十千瓦到幾兆的范圍供選擇。
（5）系統易于安裝、維護
系統部件模塊化設計，標準機架安裝，全部接線端子前端設計，易于安裝維護。
1）磷酸鐵鋰電池系統參數

2）BMS介紹
磷酸鐵鋰電池系統的BMS系統分三級管理，分別為托盤BMS(Tray BMS)、機柜BMS (Rack BMS)、系統BMS(System BMS),每級BMS主要功能如下：
A、Tray BMS (TBMS，托盤級，控制20個單體電芯，內置在模組內) : 監測單體電芯的電壓、溫度和單個托盤的總電壓， 并通過CAN協議向上級BMS實時傳遞以上信息，能夠控制單體電芯的電壓均衡性。
B、Rack BMS (RBMS，機架級，控制10個或多個TBMS，內置在開關盒內)： 檢測整組電池的總電壓、總電流，并通過CAN協議向上級BMS實時傳遞以上信息。 能夠顯示電池充放電時容量、健康狀態，對功率的預測、內阻的計算。控制繼電開關和盤級單元電壓的均衡性。               
C、System BMS (SBMS,系統級，最多控制48個RBMS)： 收集下級RBMS信息，能夠實時對電池剩余容量、健康狀況進行預估，功率的預測、內阻的計算。通過RS-485或Modbus-TCP/IP 的方式與上位和外部系統進行通信。
D、每級BMS實現功能如下

（三） PVS-4M匯流箱性能介紹
為了減少光伏陣列到直流變換器之間的連接線，方便維護，提高系統的可靠性，需要光伏陣列與直流變換器之間配置光伏陣列匯流箱。

本項目使用的匯流箱為我公司自主研發設備，已在多個電站運用，效果極佳，光伏陣列匯流箱型號為PVS-4M。光伏組串輸入路數為4路：
該匯流箱具有以下特點：
1、冷軋鋼板，防護等級IP65，滿足室外安裝的要求，可直接掛在電池支架上；
2、可同時接入4路光伏組串，每路光伏組串的最大開路電壓可達DC1000V；
3、每路光伏組串輸入回路的正負極都配置高壓直流熔絲，其耐壓值可達DC1000V，額定電流為15A；
4、直流匯流輸出的正極對地、負極對地、正負極之間配有光伏專用防雷器；
5、直流匯流的輸出端配有可分斷的直流斷路器；
6、防雷器失效報警；
7、直流拉弧檢測及切斷輸出功能。
（四）雙軸跟蹤支架及控制系統
采用西門子 S7-1200 系列主機，高精度、高穩定數字化控制方案設計，先進的天文 算法,實時追蹤太陽使光伏方陣時刻保持最大輸出功率，提高光伏發電轉化效率。風速 測量裝置在正常天氣情況下保持靜默感知運行，遇到大風天氣或風速達到一定等級則會 自動運行，并通過控制主機使支架系統自動放平減小風阻、保護支架系統在暴風雨天氣 能夠安全運行。

5KW  支架三維圖                                                     5KW  支架現場圖

1、支架整體采用國標鋼材，經酸洗后作鍍鋅、噴漆防銹處理，抗能力可達15級以上。
2、電動推桿是一種將電動機的旋轉運動轉變為推桿的直線往復運動的電力驅動裝 置。可用于各種簡單或復雜的工藝流程中做為執行機械使用，以實現遠距離控制、集中 控制或自動控制。
3、回轉式減速器，采用回轉支承（俗稱轉盤）作為減速器從動件，可實現無限制 的圓周回轉和減速，可以承受較大的軸向力、徑向力和傾覆力；
（1）輸出轉矩：65 kN.m
（2）傾覆力矩：38.7  kN.m
（3）軸向靜載荷：338  kN.m
（4）徑向靜載荷：135  kN.m
（5）減速比：61:1
4、新的模塊化 SIMATIC S7-1200 控制器是我們新推出產品的核心，可實現簡單卻高度 精確的自動化任務。系統有五種不同模塊，分別為 CPU 1211C、CPU 1212C 、 CPU 1214C、 CPU1215C 和 CPU1217C。具有快速啟動、精確監控和最高等級的可用性。

五、監控及通訊裝置 

系統配置1 套監控裝置，配置光伏并網系統專用網絡版監測軟件，采用 USB2.0 或 Wifi通訊方式，可以連續每天 24 小時對所有的系統運行狀態和數據進行監測。 
（一）監控軟件功能 
1、實時顯示電站的當前發電總功率、日總發電量、累計總發電量、累計CO2 總減排量以及每天發電功率曲線圖； 
2、可查看運行參數，主要包括： 
（1）直流電壓 
（2）直流電流 
（3）交流電壓 
（4）交流電流 
（5）逆變器機內溫度 
（6）時鐘 
（7）頻率 
（8）當前發電功率
（9）日發電量 
（10）累計發電量 
（11）累計CO2 減排量 
（12）每天發電功率曲線圖 
3、監控所有設備的運行狀態，采用聲光報警方式提示設備出現故障，可查看故障原因及故障時間，監控的故障信息至少因包括以下內容： 
（1）電網電壓過高 
（2）電網電壓過低 
（3）電網頻率過高 
（4）電網頻率過低 
（5）直流電壓過高 
（6）逆變器過載 
（7）逆變器過熱 
（8）逆變器短路 
（9）通訊失敗  
4、監控軟件具有集成環境監測功能，能實現環境監測功能，主要包括日照強度、風速、風向、和溫度等參量。 
5、可每隔5 分鐘存儲一次電站所有運行數據，包括環境數據。故障數據需要實時存儲。  
6、能夠分別以日、月、年為單位記錄和存儲數據、運行事件、警告、故障信息等。 
7、可以連續存儲20 年以上的電站所有的運行數據和所有的故障紀錄。 
8、可通過監控軟件對逆變器進行控制，可以以電子表格的形式存儲運行數據，并可以圖表的形式顯示電站的運行情況。
9、BMS系統終端可查看數據信息內容
單體電壓管理、總電壓管理、充放電溫度管理、充放電流管理、電池均衡管理、過充保護、過放保護、過溫保護、過流保護、短路保護等。
（二）監控系統介紹 
系統所采用的逆變器配置Wifi卡，PMB能保存傳感器的所有重要數據。同時配備RS485、RS232、USB和以太網標準接口。可以選擇使用wifi和USB2.0免費的監控軟件能夠通過電腦及移動終端清晰直觀的查看輸出數據，您可以在任何時候查看光伏電站的太陽能產量和公共電網的供電量情況。

1、數據采集和控制
（1）逆變器監控
采集的基礎數據：當前總功率、發電量、二氧化碳減排量、直流電壓、直流電流、直流功率、交流電壓、電流、逆變器機內溫度等。

（2）光伏陣列監控
采集的基礎數據有高度角、方位角、運行狀態、報警數據。
（3）氣象監測儀監控
采集的基礎數據有環境溫度 、光照強度、風速、風向等。
2、統一的設備維護管理
軟件平臺提供監控設備使用狀況功能，顯示逆變器等設備的運轉情況、電流和電壓、設備的故障信息，提供自動報警顯示并存儲，并且對重要儀表統一管理，提示維修人員及時更換備件、及時維護，延長儀表的使用壽命。
3、數據存儲和顯示
調度中心負責實時采集重要參量并進行定期存儲，操作員可查詢歷史數據庫的數據，并且以報表和曲線、棒圖等形式的展示，同時可以打印數據，為技術員分析系統運行狀況提供科學的依據。
4、系統報警與告警通知
當系統任何節點、任務模塊出現故障或異常，在處理系統實時的或歷史的數據過程中發現異常、故障時，系統自動給出各種報警提示，包含預設的語音報警、報警簡報窗口顯示、報警總表顯示、報警即時打印、報警畫面、圖元變色等。
系統產生的報警信息保存，包括告警時間、站點信息、告警類別、告警描述等。同時可以按時間、地域信息、報警類別、描述等做復雜的關鍵字組合查詢和進行復雜的統計。
告警通知向使用者提供故障設備的告警以及設備在故障前的預警功能。

六、環境監測儀 

    本系統配置 1套環境監測儀(如下圖所示)，用來監測現場的環境情況：

該裝置由風速傳感器、風向傳感器、日照輻射表、測溫探頭、控制盒及支架組成，適用于氣象、軍事、航空、海港、環保、工業、農業、交通等部門測量水平風參量及太陽輻射能量的測量。可測量環境溫度、風速、風向和輻射強度等參量，其 RS485 通訊接口可接入并網監控裝置的監測系統，實時記錄環境數據。

七、主要教學實訓內容

1、光伏能量變換實驗
實驗1、光伏陣列單元組成原理
實驗2、太陽能光電池能量轉換組合原理
實驗3、陣列電池最大功率跟蹤器原理
實驗4、陣列匯流與防雷接地原理
實驗5、陣列結構件組合安裝原理
實驗6、在不同天氣和日照強度下光強度對光伏轉換效率的影響實驗
實驗7、在不同季節環境溫度變換下對光伏能量轉換的影響實驗
2、光伏儲能系統應用與教學
實驗1、光伏儲能發電系統原理結構分析
實驗2、光儲系統匯流、防雷原理學習與實踐
實驗3、鋰電池組在光儲系統中的應用與電能管理
實驗4、（BMS）鋰電池組管理系統在光儲系統中的應用
實驗5、（EMS）能量管理系統在光儲系統的應用與重要性
實驗6、（EMS）能量管理系統在中小型微電網系統中的應用
實驗7、直流變換器在光儲系統的應用與重要性
實驗8、儲能逆變器的原理分析
實驗9、儲能逆變器與普通逆變器應用比較
實驗10、光儲微網系統在無電地區、海島應用及設計
實驗11、光儲微網系統在多能互補、自發自用等聯網型微電網中的應用

八、系統基本配置表