SBXNY-GF01源网荷储一体化光伏储能实训装置

一、设备概述

源网荷储一体化光伏储能实训装置,能源转型战略持续推进背景下，以新能源为主体的新型电力系统建设进程不断加快，分布式光伏发电、储能系统、微电网技术成为电力行业、新能源产业核心发展方向。为匹配新能源发电技术电力系统自动化储能工程技术等专业理论教学与实操实训需求，特规划建设源网荷储一体化光伏储能实训装置。

整套装置搭建标准化物理微电网实训平台完整构建源网荷储四大核心环节，系统以当前市场商用前沿5KW光伏储能混合一体机作为能量调度主控核心设备。源侧双电源架构配置1KW实体光伏组件阵列以及1.5KW光伏模拟器，实体光伏组件用于自然光条件下实物发电实训；光伏模拟器可以脱离自然光照限制在室内模拟多样化光照温度阴影工况实现全天候教学；储侧配置4.8KWh磷酸铁锂储能电池组搭配标准化电池管理系统；网侧集成模拟公共电网并网控制单元防孤岛保护模块；荷侧配置分级可调交直流负载模拟不同类型用电负荷。设备整体配套多只高精度测量采集仪表及上位机能源监控系统、故障模拟单元和安全保护单元。

光伏储能实训系统（参考图）

整套实训装置全面支持并网运行模式离网孤岛运行模式并离网无缝切换模式，可以完整复现分布式光储微电网真实运行工况。装置既可以用于课堂理论演示基础技能实操训练也可以支撑课程设计综合性创新实验职业技能考核。实现教学场景与工程项目现场技术标准设备架构运行逻辑高度统一。依托本套装置开展实训教学能够让学生系统掌握光伏发电特性储能充放电控制策略微电网能量调度源荷平衡调节系统保护逻辑故障排查运维等专业知识。装置应用场景覆盖中等职业院校高等职业院校应用型本科院校新能源相关专业实训教学，同时也能够面向基层电网从业人员乡村光伏运维人员开展技能提升培训，契合国家及地区推进村级光伏电站村镇微电网建设人才培养现实需求。

二、单元功能介绍

2.1 源--发电单元

作为整套微电网实训系统电能生产端，发电单元采用双支路电源并行架构，为实体光伏组件发电支路与可编程光伏模拟器支路。两条支路输出端均可独立接入光伏储能一体机光伏输入端口，可单独投入运行也可以联合投入运行。双源架构设计解决传统光伏实训设备高度依赖自然光照的短板，兼顾实物认知教学需求与室内可控实验需求。

实体光伏组件支路：

依托1KW光伏阵列实现自然光条件下光伏发电实训。学生可以直观认识光伏组件外观结构接线方式安装规范，实地测试不同时段自然光辐照条件下光伏输出电压电流功率变化规律，开展户外光伏发电特性实测实验。实体光伏阵列可以模拟现实工程中分布式光伏电站发电单元运行工况，让学习者建立真实光伏电站直观认知。

光伏模拟器支路：

采用可编程直流仿真电源，能够通过软件编辑光伏阵列标准 I-V 输出特性曲线。设备可以连续调节模拟辐照度环境温度，模拟清晨弱光正午强光多云天气光照波动，同时支持模拟局部阴影遮挡多组光伏阵列失配等工程常见工况。不受季节天气昼夜条件限制，室内环境下随时开展 MPPT 最大功率跟踪性能测试光伏系统动态响应实验。两条发电支路相互配合，基础认知实验依托实体光伏阵列开展深度原理研究算法测试依托光伏模拟器开展，形成层次化实训体系。

2.2  网--电网单元

单元硬件包含交流市电接入回路、并网接触器、同步控制模块、防孤岛保护装置、多级断路器、防雷保护装置、故障模拟端子排。

网电单元具备两大核心实训功能：

第一实现并网工况模拟，整套光储系统与模拟市电并联运行，光伏发出电能优先供给本地负荷使用、富余电量输送至外部电网也就是自发自用余电上网模式，还原分布式光伏主流并网运行模式。

第二支持电网故障工况模拟，可以人为设置外部电网断电电压跌落频率偏移等典型电网异常工况，用于观测系统防孤岛保护动作逻辑验证系统由并网模式向离网孤岛模式自动切换性能。

2.3 荷--负荷单元

单元集成直流可调负载，交流阻性负载，交流感性负载。负载功率分级可调，支持阶跃式投入切除，能够模拟多种现实用电场景。可以模拟校园景观照明办公设备，农业灌溉设备，小型农产品加工设备，居民生活用电等不同负荷特性。

负荷可以根据实训需求灵活调整消耗功率制造负荷波动工况，用于观测源侧发电功率与负荷用电功率不匹配条件下储能系统调节动作过程。

²当光伏发电功率大于负荷消耗功率时：多余电能存入储能电池；

²当光伏发电功率不足负荷需求：储能电池释放电能补充功率缺口；

²通过人为制造供需失衡工况：使学生能够直观理解削峰填谷功率平滑等储能典型应用价值；

²负载分为2种：阻性负载、感性负载；可拓展开展电能质量相关实训，观测非线性感性负荷运行条件下系统电压电流波形变化，学习无功功率功率因数相关基础理论。负荷单元所有支路配备独立保护开关，单路负载故障不会造成整套系统停机，保障实训操作安全。

2.4 储--储能单元

储能单元是微电网能量缓冲枢纽，承担电能存储与能量双向调节功能，整套单元由5KWh磷酸铁锂电池组与内置电池管理系统 BMS 组成。储能单元与 5 KW光伏储能一体机配合实现双向能量流动，光伏富余电能通过储能一体机完成充电储存，光照不足、电网断电工况下电池向外释放电能，经过逆变之后供给交流负荷使用。

电池管理系统实时监测每一组电芯运行状态，采集单体电压电池组总电压充放电电流电池模组内部温度，具备过充保护、过放保护、过流保护、高温保护、低温保护、电芯均衡管理功能。同时配备标准通讯接口实时向上位机传输 SOC 剩余电量、 SOH 健康状态等关键参数。依托储能单元可以开展锂电池充放电特性实验 SOC 估算实验电池均衡实验储能系统充放电控制策略实验。

²在并网模式下：储能配合光伏实现负荷削峰填谷、降低电网侧功率波动；

²在孤岛离网模式下：储能作为主要稳定电源保障重要负荷持续供电。

2.5 主控与监控单元

光伏储能一体机作为整套系统核心主控设备，内置2路 MPPT 光伏充电控制器、双向 PCS 变流器和EMS 能量管理系统，统筹协调光伏电源储能电池外部电网本地负荷四者之间能量分配。设备具备完善运行模式切换能力，支持并网运行、离网孤岛运行、并离网无缝切换。预留标准化通讯接口可以和上位监控软件电池管理系统数据采集仪表实现数据互联互通。

上位监控单元由监控软件与数据采集链路组成，实时采集整套系统所有节点，运行参数包含光伏侧电压、电流、输出功率、储能电池电压、电流、 SOC、交流母线电压、频率、负荷功率、并网交互功率等电参数。软件具备实时数据展示动态曲线并绘制历史数据存储、实验报表导出功能。实训过程中学生可以实时观测系统动态变化，保存实验数据用于撰写实训报告，便于教师开展实训结果考核。

2.6 数据采集与智能仪表模块

智能仪表模块由多路直流功率测量仪表交流多功能电力仪表组成，分别安装于光伏支路储能支路并网支路负荷支路。仪表实时采集电压电流有功功率无功功率功率因数频率累计电能等参数，本地数码显示屏实时显示数据，同时通过 RS485 总线将数据上传至上位监控系统。测量仪表精度满足教学实验数据采集要求，保障实训实验数据准确可靠。所有测量点位标准化布局，学生可以对比不同节点功率数据开展能量平衡计算实验。

三、系统参数

3.1 储能与控制系统

储能与稳定控制系统由双向储能变流器、切换开关、储能蓄电池组、电池管理系统(BMS)、直流功率计量仪表、低压线路保护器、电流互感器、分流器、测试端子、通讯网关等组成。主要实现对微电网储能的充放电管理、直流母线与交流母线的双向变流、内置隔离微电网与市电电网的PCC节点开关。

1）储能双向变流控制器(PCS):

²最大并网功率：5.0KW；

²输入直流电压：DC48V；

²最大充电功率：5500W；

²充电电压：可设定；集成温度补偿功能；

²保护功能：接反保护，欠压保护，过压保护，过充保护，过载保护，短路保护等；

²额定输出电压：220V(180Vac-280Vac)；

²额定电网频率：45/65HZ，±5HZ；

²最大交流电流：22A；

²功率因素：0.8超前～0.8滞后；

²THDI：<1.5%；

²交流连接类型：单相；

²设备保护：直流极性反接保护，直流输入开关保护，交流输出过流保护，交流输出过压保护，接地故障监测，电网孤岛监测，残余电流检测；

²通讯接口：隔离RS485；

四、微电网储能变流控制器运行模式

2)储能蓄电池：

²电池容量：48V/4.8KWH；

²电池连接方式：串联；

²电池类型：磷酸铁锂；

3) 电池管理系统(BMS)

²电源电压：AC/DC220V；

²输入功率：≤10W；

²电池单体电压检测：24节；

²电池电流采集：1路；

²电池温度采集：1路；

²单体电压测量范围：0.5V～16V；

²单体电压测量精度：≤±0.3%；

²通讯端口：RS485；可检测蓄电池组的电压、电流；单体电池电压、内阻；蓄电池工作温度，BMS系统可动态检测蓄电池间的工作情况，估测蓄电池的SOC，使蓄电池和设备间的连接更科学，大大延长蓄电池的工作寿命。

4)直流功率表:

²电压测量范围：DC0-300V；

²电压测量精度：0.5级；

²电流测量范围：0-50A；

²电流测量精度：0.5级；

5) 交流接触器:

²主触点数量：3对；

²额定电流：25A；

²线圈电压：AC220V；带辅助触点；

3.2 发电单元

1）太阳能光伏电池

²太阳能光伏电池是本实训台的核心组成部分亦是光伏发电系统不可或缺的核心部件，是将光能转换为电能并通过控制系统储存在储能电池当中做为储备能源。

太阳能电池组为多晶硅或单晶硅，是由高效晶体硅太阳能电池片、超白布纹钢化玻璃、EVA、透明TPT背板以及铝合金边框组成。

²组件类型：单晶；

²功    率：100W；（共10块）

²开路电压：42V

²组件效率：≥18％；

²功率偏差：2.0％；

²工作温度：-40℃～85℃；

²边框材质：铝合金；

2）光伏支架：

支架钢构件采用金属保护层的防腐方式。钢结构支架、连接板及拉条均采用热浸镀锌涂层，热浸镀锌满足（金属覆盖层钢铁制件热浸锌层技术要求及试验方法）（GB/T13912-2002）的相关要求。电池板组件安装完成后尺寸为2000*1600*1400左右（长*宽*高），在室内的终端或在主控计算机上可以进行倾斜角调节、角度调节范围大约40度左右。

3）直流功率表:

²电压测量范围：DC0-300V；

²电压测量精度：0.5级；

²电流测量范围：0-50A；

²电流测量精度：0.5级；

4）智能汇流箱装调模块：

²采用可拆卸式模块化设计，≧IP54防护等级；内置熔断器、防反二极管、断路器、浪涌保护器、监控等模块；支持汇流箱装调实训，包括元器件安装、标识标志粘贴、整机调试等；

²尺寸：500×400×180mm，

²输入路数:2 路；

²额定电流:DC 0-16A；

²反应时间:1s；

²测量精度:0.5级；

²温度系数:400ppm；

3.3 光伏模拟器

²内置光伏仿真模型 Sandia 模型 EN50530 标准模型、支持功能自定义 I-V 特性曲线导入辐照度连续调节模拟环境温度设置模拟局部阴影工况、支持静态 MPPT 测试动态 MPPT 跟踪性能测试、输出电压电流低纹波，配套控制软件。

²额定功率：1.5KW

²直流输出：可调电压区间 0-300V

²电流输出：可调电流区间 0-10A

²保护功能：输出短路保护、反接保护、过压保护、过流保护、过热保护

²工作环境温度： 0～40℃

3.4 交直流负荷单元

²交直流负荷单元由交、直流模拟负载、直流功率计量仪表、交流功率计量仪表、分流器、交流接触器、测试端子等组成。并预留1路或2路输出端口留作备用，可以通过软件模拟对不同等级负荷进行自动调度控制，模拟微电网负荷投切控制和带载运行参数分析。

1)模拟直流I级负荷:直流LED灯：额定DC48V/20W；

2)模拟直流II级负荷:直流电阻负载：500W/10Ω；

3)模拟交流I级负荷:交流白炽灯：AC220V/100W；

4)模拟交流II级负荷:交流电阻负载：800W/96Ω；

5)感性负载：

²额定电压：220V；

²工作频率：50HZ；

²工频耐压：3000V

²额定电感：380mH

6)容性负载：

²额定容量：30μF±5％；

²额定电压：450VAC 50/60HZ

7)直流功率表:

²电压测量范围：DC0-300V；

²电压测量精度：0.5级；

²电流测量范围：0-50A；

²电流测量精度：0.5级；

8)单相交流功率表:

²电流、电压测量精度：0.2级；

²功率、有功电能测量精度：0.5级；

²频率测量误差：±0.05HZ；无功电能：1级；

²供电电压：AC85-265V/DC100-300V；

²功耗：≤10VA。

3.5 数据终端

²实训装置配套数字化终端，系统运过程中、监控主机通过通讯总线汇总系统运行过种的各类数据 并根据制定策略自动分析。

²软件界面：光伏发电状态、储能电池状态、电网交互状态、负荷用电状态。

系统自动记录实验全过程运行数据，实验结束之后可以导出 Excel 格式实验数据报表，支撑实训报告撰写。

1）监控主机：

²内核：J1900 CPU（主频2400MHz*4核心）；

²内存：8GB；

²触摸类型：四线电阻式触摸屏；

²串行接口：RS232/RS485；

²以太网口：100/1000M自适应；

²电磁兼容：工业三极；

²监测内容：对微电网的实时运行和报警信息进行全面监控，并对微电网进行统计和分析，实现对微电网参数的监控。

2）工业交换机：

²网络标准：IEEE 802.3、IEEE 802.3u、IEEE 802.3x；

²端口：8个10/100Mbps RJ45 端口；

²指示灯：每端口具有1个Link/Ack、Speed 指示灯/每设备具有1个Power指示灯；

²性能：存储转发/支持3.2Gbps背板带宽/支持8K的MAC地址表深度。

3）浪涌保护器：

²最大持续运行电压Uc：1000V；

²标称放电电流In(8/20us)：20KA；

²最大放电电流Imax(8/20us)：40KA；

²保护水平Up(8/20us)：<1.8KV响应时间：≤25ns；

4）交流接触器：

²主触点数量：3对；

²额定电流：25A；

²线圈电压：AC220V；带辅助触点；

5）光伏专用单相电双向计量仪表：

²电流、电压测量精度：0.2级；功率、有功电能测量精度：0.5级；无功电能：1级；

6）开关电源：

²输入电压：AC220V；

²输出电压：DC24V；

²额定输出电流：2.5A；

（1) 电力数据采集监控系统(SCADA):

²具有用户及权限管理功能；支持主机加多从机功能；具有历史数据储存、数据库查询；在线实时监测系统数据、状态数据；实时曲线与历史曲线动态显示；在线设置和修改系统参数；通过以太网连接能量管理系统，具备快速遥信、遥测、遥控、遥调功能；具备模拟微电网自动化电力调度控制管理功能。

²电力监控数据终端

五、可开展教学项目

1、光伏发电系统整体结构认知实训与光伏组件输出特性测试实验

认识光伏发电系统组成部件掌握光伏组件串并联接线规范，自然光条件下测量光伏组件开路电压短路电流，记录不同辐照度下输出功率变化规律，观测局部阴影遮挡对光伏阵列发电能力造成的影响，理解光伏失配基础原理。

2、光伏模拟器参数设置操作与光伏阵列 I-V 曲线仿真 MPPT 最大功率跟踪对比实验

熟练掌握光伏模拟器软件操作方法，编辑不同光照温度工况对应的 I-V 特性曲线，对比不同工况下一体机 MPPT 跟踪响应效果，理解最大功率跟踪控制基本原理，分析辐照突变条件下 MPPT 动态响应特性。

3、光伏储能系统参数设置运行模式切换综合实训

熟悉光储一体机面板操作菜单掌握各项运行参数设置方法，依次完成并网模式离网模式切换操作，学习能量管理策略参数配置，理解一体机内部 MPPT 单元双向 PCS 变流器工作原理，识别设备各类告警代码含义。

4、磷酸铁锂电池 BMS 系统监测充放电特性与 SOC 管理实验

读取 BMS 电池管理系统电芯电压温度 SOC 数据，观测电池恒流充电恒压充电阶段变化规律，开展电池不同倍率充放电对比实验，学习剩余电量 SOC 估算基础原理，掌握储能电池日常安全操作规范。

5、源网荷储系统并网运行工况实训光伏自发自用余电上网能量分配实验

启动系统并网运行模式，调整负荷功率观测光伏电能优先供给本地负荷运行过程，记录负荷用电功率大于光伏发电功率与小于光伏发电功率两种工况下，储能充放电状态以及向电网输送电能数据，分析自发自用余电上网收益逻辑。

6、源网荷储孤岛离网运行实训储能应急供电综合实验

断开外部模拟电网，系统进入孤岛运行模式，依靠光伏与储能联合为负荷供电。人为调整负荷大小观察储能功率调节过程，测试孤岛模式下系统电压频率稳定能力，理解偏远无电网区域独立微电网供电实现方案。

7、并离网无缝切换操作实训防孤岛保护原理与电网故障模拟实验

人为模拟外部电网断电故障，观测系统由并网模式自动切换至孤岛模式全过程；恢复电网供电观测重新并网同步控制流程；模拟孤岛故障条件验证防孤岛保护动作逻辑，学习分布式电源并网安全规范。

8、负荷扰动工况下储能削峰填谷功率协调控制实训

连续投切交流负载制造负荷功率阶跃扰动，观测储能系统快速吸收或者释放电能平滑功率波动全过程，分析储能削峰填谷应用价值，掌握源荷功率失衡条件下储能系统调节控制逻辑。

9、微电网能量管理策略调试源荷供需平衡优化实训

修改一体机内部能量管理控制策略，对比不同调度策略下光伏消纳水平储能充放电时序，学习微电网能量优化基本原则，结合负荷用电规律制定合理光储协同运行策略。

10、光储系统常见故障识别故障排查与系统运维综合实训

人为设置光伏接线故障储能接线故障负荷故障电网侧故障，学习根据仪表数据监控界面告警信息定位故障点位，按照规范流程开展故障处理，建立光储电站标准化运维安全操作流程。

六、系统配置（配置单）