零碳校园智慧能源项目

项目概述

• 本项目主要工程内容为零碳校园光储充智慧能源建设，其中光储充智慧能源建设包含 1000kWp 屋顶光伏系统、 50kWp 车棚光伏系统、50kW/100kWh 储能系统、5 台 30kW 直流充电桩、8 台 7kW 交流充电桩及智慧能源管理平台。

项目意义

• 光伏发电产生的电费收益、政府补贴收益及碳排放配额；

• 光伏发电安全可靠，无噪声，无污染排放；

• 充分利用光伏发电资源，实现“以光养桩”；

• 储能系统削峰填谷、获取峰谷差价额；

• 储能系统实现并离网切换，可做为短时后备电源；

• 充电桩供电方式多元化，促进新能源消纳；

• 充电桩实现智能识别，即插即充，充电便捷；

• 管理平台集成多个子系统，采集数据全面，显示界面美观。

系统组成

• 项目整个系统由光伏发电系统、储能系统、充电系统及智慧能源管理平台组成；

• 光伏发电系统： 550W 光伏板、50kW光伏逆变器、并网箱组成；

• 储能系统：由 100kWh 磷酸铁锂电池、1 台 50kWh 储能变流器、电池管理系统及能量管理系统等 组成；

• 充电系统：由 5 台 30kW 直流电桩、8 台 7kW 交流充电桩及场站管控终端等组成；

• 智慧能源管理平台：由光伏系统、储能系统、充电系统等各个子系统组成。

• 系统架构

• 项目的系统网络架构图如下

系统方案

• 光伏发电系统

• 本工程规划屋顶光伏装机容量 1000kWp，光伏车棚装机容量 50kWp，初步选用 550Wp 单晶硅高效电池组件，配套  50kW光伏逆变器；采用就近低压并网原则，配置 2 台 380V 并网箱就近接入 400V 低压母排。

• 光伏并网发电原理

Ø 并网光伏发电系统是指太阳电池利用太阳辐射能量产生的直流电（即太阳电池的“光生伏特效 应”）通过组串式逆变器转换成交流电向电网输送的系统，其本质是利用太阳能进行发电的发电站。

Ø 并网光伏发电系统主要由太阳能电池组件、组串式逆变器、变压器、交流防雷配电柜、计量装 置、电缆、线槽等和一套数据采集监控系统构成。白天阳光充足时，光伏组件所发直流电通过光伏 电缆到组串式逆变器，组串式逆变器将直流电转换为与电网同频率、同相位的正弦波电流后，采用 与并网电压等级相同的升压变压器升压后并入电网。

• 屋顶光伏

Ø 太阳能光伏并网发电示意图

• 该系统特点

• 晴天时的白天，太阳光照射太阳能电池板后产生的直流电，经逆变器转换成交流电后供设备使用。所发电的电力超出设施的消耗电力时，剩余的电力将逆流到商用电网由电力公司购买。

• 阴天时的白天，即使是阴天或雨天，根据日照量也可以发电。但是，所发的电量不能满足设施内的消耗时，不足的部分可从电力公司购买。

• 对于用电高峰的贡献，因为即使是阴天或雨天根据日照量也可以发电，可降低从电力公司购买的最大电力。如夏天的中午，能为政府实施的用电高峰对策做贡献的同时，可降低设施的电力基本费用。

• 夜间，夜间不能发电时，用于设施的电力，将从电力公司购买。

• 本项目所在区域太阳能资源丰富， 对外交通便利，并网条件好， 同时本项目的开发符合可持续发展的原则和国家能源发展政策方针， 有利于缓解环境保护压力。

项目基本信息及地理气象条件

• 该项目位于云南曲靖市，取样经纬度为： 经度：120.35 纬度：31.69。

• 电站运行模式及发电量

• 运行模式

Ø 根据发改委关于分布式光伏发电的指导方针，光伏电站并入电网可以选择两种模式： 自发自用余电上网和全额上网模式。本项目为企业屋顶，自用电量比较大，所发电量基本可以消纳，因此选择自发自用余额上网方式接入公用电网。

项目设计情况

• 组件倾角和方位角设计

• 根据用电单位的屋面类型为水泥屋面，屋顶选择最佳倾角设计。

• 太阳光伏组件阵列前后最小间距设计

• 由于本工程光伏组件是最佳倾角设计，所以需要考虑前后排阴影遮挡问题，但也要留下必要的维修通道。水泥屋面选择15°倾角铺设。

  

• 屋顶光伏组件排布设计

• 在光伏并网发电系统中，系统直流侧的最高工作电压主要取决于逆变器直流侧最高电压，以及在直流回路中直流断路器额定工作电压。但设备的工作电压与设备所处的工作环境和海拔高度有关，根据GB311.1《高压输变电设备的绝缘配合》、GB/T16935《低压系统内设备的绝缘配合》及直流开关、并网逆变器的资料，电站现场设备的绝缘水平应与正常使用条件基本相当。一般组串型光伏并网逆变器MPPT直流输入范围一般在420V～820V 之间，最大输入电压为880V，塑壳断路器的额定绝缘水平为1000V（四极串联使用），针对光伏并网发电系统的直流微型断路器（S800-PV）最高额定工作电压为1200V（三极串联使用），这样在直流侧，逆变器的所能承受的电压较直流断路器低，所以系统直流侧最高工作电压为880V。

• 屋顶共布置2052块组件

  

系统设计详细说明

• 系统组成基本描述

• 太阳能组件

Ø 太阳能光伏组件通过合理的串并联，满足并网逆变器要求的直流输入电压和电流。每块组件接线盒都配有旁路二极管，防止“热斑效应”，将组件由于部分被遮荫或电池片故障而导致的失效对系统效率的危害降到最低。同时，太阳能方阵的直流汇流箱内设臵防反二极管，以防止各并联组件串之间形成回路，造成能源浪费和缩减组件的寿命。本光伏并网项目拟采用的是单晶硅标准组件550W。组件光电转换效率可达约21.3%，组件10 年功率衰减小于10%，25 年功率衰减小于20%，具有25 年的产品质量保护。组件经过各种可靠性实验测试并取得相应国际认证证书，可靠性非常强。

Ø 该组件具备完整的CQC或TUV认证测试报告（IEC61215和IEC61730或UL1703）或其他同等资质的第三方认证报告，且供货组件的原材料组合方案已经通过IEC标准中组件性能和安全认证测试的全部序列环境试验。

Ø 背板材料双面含氟，接线盒、引出电缆、铝型材及其它材料均采用了国内知名品牌产品，寿命满足不少于25年室外使用的要求，平均衰减25年小于20%。

Ø 提供隆基和东方日升两个品牌可选，均为业内一线知名品牌。

Ø 东方日升太阳能组件

Ø 产品特点

Ø 产品特性曲线和效率保障

Ø 产品参数

• 隆基乐叶太阳能组件

Ø 参考图片如下

Ø 产品特性和效率保障

Ø 机械特性

• 并网逆变器

Ø 本项目采用先进的组串式100KW、120KW并网逆变器，不仅逆变效率很高，达到98%以上，而且与电网的同步性非常好，电能损失很小。另外，这些逆变器具有很宽的最大功率点跟踪电压范围，而组件阵列的连接都是根据各台逆变器参数进行最合理的设计，可以让阵列输出其最大的功率。

Ø 电气原理图

• 防雷及接地

Ø 太阳能组件边框及其支撑结构均与建筑现有的接地系统连接，并网逆变器开关柜等设备外壳接电气地，防止直击雷及触电危险。另外，直流和交流回路中均设有防雷模块，防止感应雷击波伤害。

• 光伏系统监控

①概述

Ø 平台支持快速注册电站以及设备功能，APP与Web同时具备；

Ø 支持逆变器发电数据实时（不高于5分钟周期）上报；

Ø 支持按照不同维度查看电站发电数据，可以按照日、月、年来分别查看发电信息；

Ø 平台提供逆变器组串电流实时查看，检测发电情况；

Ø 平台提供故障信息实时上报功能，可以通过查询故障信息列表；

Ø 用户通过App可在全球每个角落登录光伏电站监控系统，方便快捷掌握和了解电站实时和历史发电信息，可获得电站的收益情。

②功能参数

③界面简介

Ø 地球分布界面

Ø 发电功率查询界面

• 系统主要部件清单

  

施工建设方案

• 该项目采用光伏系统与建筑屋面相结合的方式, 电站建设所利用的建筑屋面较为复杂，彩钢瓦屋面需要夹具固定，然后再固定铺设安装太阳能电池组件,在减少风力的不利影响的同时又可以保证发电量最大化, 方阵支架基础采用固定铆件，在安装过程中不会对屋面原有的防水层造成破坏，光伏组件还可以起到替代保温隔热层遮挡阳光的作用, 降低建筑能耗。此外与屋面结合的大面积太阳能电池组件由于综合使用材料,不但节约了成本,单位面积上的太阳能转换设备的价格也可以得到大大的降低, 整个系统不但有效地利用了屋面空间, 又可以提供清洁能源，在建筑美观和发电功能两方面都达到了完美的统一。

• 组件、支架固定安装方案

• 本项目主体部分为水泥平屋面，对于支架的固定，水泥平屋面是通过预制水泥墩的方法固定光伏方阵，不对屋面造成任何破坏，不会导致漏水问题的产生；屋顶承重要求为45kg/m2，经前期考察并与业主确定，房屋屋顶的设计承载能力远超过此承载，因此，承载、雪载、风载等各方面均满足本项目的建设要求。此外，光伏电池组件边框及支架与接地系统绝对保持可靠连接。

• 以下类似项目光伏组件排布示意图

  

• 逆变器及其他电气的安装方案

• 太阳能光伏发电系统由光伏组件、并网逆变器、计量装置及上网配电系统组成。太阳能通过光伏组件转化为直流电力，通过直流监测配电箱汇集至并网型逆变器，将直流电能转化为与电网同频率、同相位的正弦波电流。根据相关并网技术原则，直流逆变为交流后，汇流后接入用户配电箱（400V）。

• 并网型逆变器选型时除应考虑具有过/欠电压、过/欠频率、防孤岛效应、短路保护、逆向功率保护等保护功能外，同时应考虑其电压（电流）总谐波畸变率较小，以尽可能减少对电网的干扰。

• 每个逆变器都连接有若干串光伏电池组件，这些光电组件通过直流配电箱连接到逆变器。

• 示意图如下

  

• 逆变器安装步骤

  

效益分析

• 综上分析，本项目25年累计可产生2660万度电，发电总收益共计1541万元收益。具有较好的经济投资价值。

• 此外，宏观而言，太阳能光伏发电是个新兴产业，可以缓解我国能源紧张问题，节能减排，改善居住环境，有效利用太阳能资源和土地价值。 该项目建设同时可以推动和提升新能源事业的发展。此外，本项目工程最终将选定专业工程施工管理公司-我公司具备电力总承包三级资质，安全生产许可证，承装修试电力施工许可证，会对本工程进行全方位管理，协调好与当地社会的关系，可以有效地规避社会风险，促进项目顺利实施。因此该项目可行。

储能系统

• 储能系统由 100kWh 磷酸铁锂电池、1 台 50kW 储能变流器、电池管理系统及能量管理系统等组成。

• 配置方案

Ø 储能系统规模：50kW/100kWh。

Ø 电池模组参数：充放电倍率可达 0.5C，38.4V/300Ah（11.53kWh）；

Ø 电池簇参数：一簇由九个电池模组串联组成，345.6V/300Ah（103.68kWh），系统共一簇；

Ø 系统实际配置容量：50kW/103.68kWh。

• 系统功能

Ø 分时电价电费管理 在电价较低时通过电网向电池充电，在电价高峰时，电池向充电桩放电，通过低买高卖（用）套利或者减少本地电费的支出。影响收益的主要因素是峰谷电价，另外储能系统的效率、放电时间 及相关补贴也会影响收益的多少。

Ø 稳定系统输出  使用储能解决分布式电源中电压脉冲、涌流、电压跌落和瞬时供电中断等动态电能质量问题， 对系统起稳定作用；通过由分布式发电系统提供所需的平均负荷、储能提供短时峰值负荷的方式， 平滑用户负荷曲线。

Ø 短时后备电源 储能变流器可与微电网中央控制器、光伏并网柜配合，实现微电网并离网切换，可作为系统重要负荷的短时后备供电电源。 

远程遥控   光伏并网柜断路器均配置电操，配合微网中央控制器及能量管理系统，可实现并网柜开关的远 程遥控，减少运维人员的工作量，降低运维成本。

• 关键设备

• 电池

Ø 本套储能系统使用磷酸铁锂电池，选用 38.4V/300Ah 的电池包，每个电池包由 36 个 3.2V/100Ah 电芯组成(12 串 3 并)，系统共一簇，由 9 个电池包串联组成。

Ø 电池相关参数如下

• 电池管理系统
  

Ø 本项目 BMS 系统采用三级架构，采用分层的拓扑配置，包含电池 Pack、电池簇和电 池堆。 电池管理系统三层架构包括电池 Pack 管理单元（SBMU），电池簇控制管理单元、（SBCU）和电池堆控制单元（SBAU）。

• BMS拓扑

Ø BMS通讯拓扑图如下

Ø BMS功能与规格参数

Ø SBMU具有监测电池Pack 内单体电池电压、温度的功能，并能够对电池模块充、放电过程进行安全管理，具备均衡和风扇控制功能，并为蓄电池提供通信接口的系统。主要参数如下

Ø SBCU负责管理电池Pack中的全部BMU，同时具备电池簇的电流采集，总电压采集，漏电检测，并在电池Pack状态发生异常时驱动断开高压功率接触器，使电池簇退出运行，保障电池使用安全。主要参数如下

Ø SBAU作为电池管理系统的总成控制模块，连接 SBCU，与 PCS 和监控屏通信。通过内部 CAN 总线获取 SBCU 上报的电压、温度、电流、绝缘、继电器状态信息；通过调试 CAN 总线与监控屏通信，在监控屏上实时显示储能系统的状态，并通过外部 CAN 总线与 PCS 通信，控制 PCS 对储能系统的充放电过程。

• 储能变流器

Ø 储能变流器是储能系统的核心设备，连接电网、储能电池及能源载体，并对连接的各个能源节 点实现智能调配。本项目选用的 PCS 型号为 PRS-7563-400/50，产品具有宽输入、温升小、效率高、输出稳定，抗震强等特点。可有效的进行能源管理，削峰填谷，平滑负荷，降低用电成本，提高电 力系统运行稳定性。

Ø 基本技术参数

Ø 直流侧性能参数

Ø 交流侧并网性能参数

Ø 交流侧离网性能参数

• 微网中央控制器

Ø 微网中央控制器具有功耗低、易扩展、可靠性高的特点，同时装置采用了高精度采 集器件和智能温度补偿策略，测量精度高；具备完整的控制、保护功能模块并可扩展，具有广泛的行业适应性及应用场景适应性；具有完善的事件记录，高度的易维护性；通讯功能强大而丰富，具有极强的通讯兼容性，装置具备数量众多的各种通讯接口，借助丰富而完善的规约协议库，可对下 接入 PCS、BMS、电度表、空调、消防等各种智能设备，并将相关数据汇总及规约转换后以标准远动 协议接入上级监控后台或远方调度主站。

• 充电系统

• 系统概述

Ø 为同时满足新能源汽车快速充补、慢充需求，本项目配置5台120KW直流充电机，8台7KW交流桩。

Ø 该配置可以同时为 18 台车辆同时充电，能够满足顾客的快补、慢充需求，对于其他非集中式充电需求也 具备充、补电能力。根据现场需求增配有序充电功能及设备，实现智能有序充电，有序充电管控终端结合各 电动汽车充电时长需求，充电负荷需求，场站可用负荷容量，来设计有序充电策略。最终保证在变压器可用 负荷容量下，合理分配调节各充电桩的充电功率和充电顺序，使得各电动汽车在需求时间内充满电量。

• 充电系统的构成与原理

Ø 该充电系统由 5 台直流充电机+8 台交流桩构成，直流充电机能够实现快速充、补电，交流充电桩对 电网和电池冲击小，可以充分利用谷期满足充电需求，同时降低成本。另外增加有序充电管控设备对整 站的负荷容量进行监控，根据容量变化调节充电终端的输出功率，从而达到对整站负荷变化的监控与管理。

• 关键设备

① 直流充电机

Ø 120kW 直流充电机配置双枪并联输出接口，最大输出能力为 120kW。目前纯电动乘用车电池容量普遍为50~70kWh，充电电压为 380~420V，如果车辆按 1C 充电倍率考虑，充电电流峰值为 160A~250A 之间；如果 以全功率单独为一台车充电，理论上最快可以在半个小时内将一辆快没电的普通新能源车辆充满电，1 小时内同时将两辆车充满。但实际充电时间一方面受电动车电池容量的影响，另一方面受 BMS 系统实 际需求的影响，通常汽车 BMS 需求很难达到理论值，而且到充电后期需求量会逐渐降低，其主要是为了保 护电池受。

Ø 直流充电机输入端引进交流 380V 电源,经过内置三相塑壳断路器与交流接触器控制进入充电模块，通过充电模块的 AC/DC 转换，将交流转换为电动车所需直流电源，经直流输出回路输送到国标九芯充电 插头，最后通过充电插头连接到电动汽车予以充电。

Ø 直流充电机具备基本的充电功能外，配套高安全及丰富的功能：防雷功能、安全防护功能、计量计 费功能、数据存储和事件记录功能、远程通讯功能、人机交互功能等。

Ø 直流充电桩规格参数

② 交流充电桩

Ø 本项目中为满足慢充需要，配置 8 台 7kW 交流充电桩。交流充电桩充电速度较慢，但对电网和电池的 冲击很小，很适合充电需求不急切的场合，比如夜间等。

Ø 交流设备的主要电气回路包括监控回路、充电回路、防雷回路和急停回路。交流电源从电源接 口输入，经过交流电表、交流接触器，由交流充电枪输出给电动汽车。电表与监控系统通信，将电 量在人机界面上显示。

Ø 交流充电桩规格参数：

③ 有序充电

Ø 有序充电系统通过智能电表、电流互感器等设备采集场站变压器的实时电压，电流数据，并上送 给场站管控终端。场站管控终端通过监测当前变压器的实时负荷容量，判断剩余安全可用负荷容量，再 根据电动汽车的充电需求，生成相关充电策略，对充电桩的输出进行智能管控。

Ø 现场采用有线以太网通迅方式组网，场站管控终端通过 RS485 和箱变内低压总表通讯，每台箱变 配置 1 台。管控终端需要外接公网 IP 的有线宽带。充电桩设备通过以太网与管控终端连接；需在充电现 场配置通讯箱，内置交换机。组网方式如图：

④ 系统性能特点

Ø 基本功能

A. 充电方式多样，有多种充电模式提供选择，满足不同用户需求：定时间、定电量、定金额、自动充满 等充电模式；

B. 实时显示充电机工作状态：充电电压、充电电流、已充电量、支付卡电子钱包余额、账户余额 数据、故障及报警等信息；

C. 完备的电气安全检测及保护方案，具备急停、交流输入过/欠压保护、直流输出过压保护、过 负荷保护、短路保护、防雷保护、过热保护、电池反接保护等功能；

D. 采用智能型功率模块，输出功率平稳高效，单模块故障不影响系统运行；

E. 低功耗设计，待机情况下多数器件自动进入休眠状态；

F. 大尺寸触控液晶屏幕，人机交互界面简洁友好，充电操作简单；

G. 多种通信接口，包括 RS485、RS232、CAN、以太网、4G 等，组网方式灵活；

H.多手段支付，支持 APP/微信支付/IC 卡等结算方案，支持用户信息加密及身份识别；

I.备息记录功能、事件记录掉电保持功能，方便故障排查和维护。

Ø 智能有序充电功能

A. 充电控制功能：有序充电控制终端能够采集充电桩的状态信息、告警信息和充电桩参数信息等 ，能通 过充电控制指令控制充电桩的启、停，并能够对充电功率进行控制或者停电供电，以满足电网的负荷控制需要， 避免引起线路过负荷跳闸；

B. 测量功能：具备对当前充电电压、电流、功率实时测量，并能计量每一次充电电量，并根据充电策 略估算出能效降低或需求响应量；

C. 电能质量监视功能：具备对电压合格率统计、谐波测量、停电事件记录的功能；

D. 支持本地配置及主站调度下发等多种模式获取有序控制策略算法及控制模块，输出对参与有 序 控制管理的充电桩的充电策略；

E. 通过最优控制算法计算得到每台充电机的实时充电功率，并下发到充电桩，充电桩根据接收 到 的指令调整充电参数，从而实现有序充电控制；

F.存储功能；

G.交易记录存储，有序充电控制终端具备存储用户充电交易记录功能，当存储交易记录数据接近设计上限后向主站报警,达到上限后,能够自动逐条更新交易纪录；

H.告警和故障记录存储功能，有序充电控制终端具备记录充电桩告警和故障的功能。远程升级功能：有序充电控制终端具有应用软件远程升级的功能；

I.RTC 时钟和校时功能：有序充电控制终端具备 RTC 时钟。当外电源停电后，能够维持时钟 正常工作。有序充电控制终端支持远程校时功能，上级平台可发送校时指令，确保时钟与后台保持一 致；

J.异常断电信息存储：有序充电控制终端具备掉电检测功能，掉电后实现未完成交易记录等信息的存储。