SBXNY-GF01源網荷儲一體化光伏儲能實訓裝置
一、設備概述
源網荷儲一體化光伏儲能實訓裝置,能源轉型戰略持續推進背景下，以新能源為主體的新型電力系統建設進程不斷加快，分布式光伏發電、儲能系統、微電網技術成為電力行業、新能源產業核心發展方向。為匹配新能源發電技術電力系統自動化儲能工程技術等專業理論教學與實操實訓需求，特規劃建設源網荷儲一體化光伏儲能實訓裝置。
整套裝置搭建標準化物理微電網實訓平臺完整構建源網荷儲四大核心環節，系統以當前市場商用前沿5KW光伏儲能混合一體機作為能量調度主控核心設備。源側雙電源架構配置1KW實體光伏組件陣列以及1.5KW光伏模擬器，實體光伏組件用于自然光條件下實物發電實訓；光伏模擬器可以脫離自然光照限制在室內模擬多樣化光照溫度陰影工況實現全天候教學；儲側配置4.8KWh磷酸鐵鋰儲能電池組搭配標準化電池管理系統；網側集成模擬公共電網并網控制單元防孤島保護模塊；荷側配置分級可調交直流負載模擬不同類型用電負荷。設備整體配套多只高精度測量采集儀表及上位機能源監控系統、故障模擬單元和安全保護單元。
光伏儲能實訓系統（參考圖）
整套實訓裝置全面支持并網運行模式離網孤島運行模式并離網無縫切換模式，可以完整復現分布式光儲微電網真實運行工況。裝置既可以用于課堂理論演示基礎技能實操訓練也可以支撐課程設計綜合性創新實驗職業技能考核。實現教學場景與工程項目現場技術標準設備架構運行邏輯高度統一。依托本套裝置開展實訓教學能夠讓學生系統掌握光伏發電特性儲能充放電控制策略微電網能量調度源荷平衡調節系統保護邏輯故障排查運維等專業知識。裝置應用場景覆蓋中等職業院校高等職業院校應用型本科院校新能源相關專業實訓教學，同時也能夠面向基層電網從業人員鄉村光伏運維人員開展技能提升培訓，契合國家及地區推進村級光伏電站村鎮微電網建設人才培養現實需求。
二、單元功能介紹
2.1 源--發電單元
作為整套微電網實訓系統電能生產端，發電單元采用雙支路電源并行架構，為實體光伏組件發電支路與可編程光伏模擬器支路。兩條支路輸出端均可獨立接入光伏儲能一體機光伏輸入端口，可單獨投入運行也可以聯合投入運行。雙源架構設計解決傳統光伏實訓設備高度依賴自然光照的短板，兼顧實物認知教學需求與室內可控實驗需求。
實體光伏組件支路：
依托1KW光伏陣列實現自然光條件下光伏發電實訓。學生可以直觀認識光伏組件外觀結構接線方式安裝規范，實地測試不同時段自然光輻照條件下光伏輸出電壓電流功率變化規律，開展戶外光伏發電特性實測實驗。實體光伏陣列可以模擬現實工程中分布式光伏電站發電單元運行工況，讓學習者建立真實光伏電站直觀認知。
光伏模擬器支路：
采用可編程直流仿真電源，能夠通過軟件編輯光伏陣列標準 I-V 輸出特性曲線。設備可以連續調節模擬輻照度環境溫度，模擬清晨弱光正午強光多云天氣光照波動，同時支持模擬局部陰影遮擋多組光伏陣列失配等工程常見工況。不受季節天氣晝夜條件限制，室內環境下隨時開展 MPPT 最大功率跟蹤性能測試光伏系統動態響應實驗。兩條發電支路相互配合，基礎認知實驗依托實體光伏陣列開展深度原理研究算法測試依托光伏模擬器開展，形成層次化實訓體系。
2.2 網--電網單元
單元硬件包含交流市電接入回路、并網接觸器、同步控制模塊、防孤島保護裝置、多級斷路器、防雷保護裝置、故障模擬端子排。
網電單元具備兩大核心實訓功能：
第一實現并網工況模擬，整套光儲系統與模擬市電并聯運行，光伏發出電能優先供給本地負荷使用、富余電量輸送至外部電網也就是自發自用余電上網模式，還原分布式光伏主流并網運行模式。
第二支持電網故障工況模擬，可以人為設置外部電網斷電電壓跌落頻率偏移等典型電網異常工況，用于觀測系統防孤島保護動作邏輯驗證系統由并網模式向離網孤島模式自動切換性能。
2.3 荷--負荷單元
單元集成直流可調負載，交流阻性負載，交流感性負載。負載功率分級可調，支持階躍式投入切除，能夠模擬多種現實用電場景。可以模擬校園景觀照明辦公設備，農業灌溉設備，小型農產品加工設備，居民生活用電等不同負荷特性。
負荷可以根據實訓需求靈活調整消耗功率制造負荷波動工況，用于觀測源側發電功率與負荷用電功率不匹配條件下儲能系統調節動作過程。
2當光伏發電功率大于負荷消耗功率時：多余電能存入儲能電池；
2當光伏發電功率不足負荷需求：儲能電池釋放電能補充功率缺口；
2通過人為制造供需失衡工況：使學生能夠直觀理解削峰填谷功率平滑等儲能典型應用價值；
2負載分為2種：阻性負載、感性負載；可拓展開展電能質量相關實訓，觀測非線性感性負荷運行條件下系統電壓電流波形變化，學習無功功率功率因數相關基礎理論。負荷單元所有支路配備獨立保護開關，單路負載故障不會造成整套系統停機，保障實訓操作安全。
2.4 儲--儲能單元
儲能單元是微電網能量緩沖樞紐，承擔電能存儲與能量雙向調節功能，整套單元由5KWh磷酸鐵鋰電池組與內置電池管理系統 BMS 組成。儲能單元與 5 KW光伏儲能一體機配合實現雙向能量流動，光伏富余電能通過儲能一體機完成充電儲存，光照不足、電網斷電工況下電池向外釋放電能，經過逆變之后供給交流負荷使用。
電池管理系統實時監測每一組電芯運行狀態，采集單體電壓電池組總電壓充放電電流電池模組內部溫度，具備過充保護、過放保護、過流保護、高溫保護、低溫保護、電芯均衡管理功能。同時配備標準通訊接口實時向上位機傳輸 SOC 剩余電量、 SOH 健康狀態等關鍵參數。依托儲能單元可以開展鋰電池充放電特性實驗 SOC 估算實驗電池均衡實驗儲能系統充放電控制策略實驗。
2在并網模式下：儲能配合光伏實現負荷削峰填谷、降低電網側功率波動；
2在孤島離網模式下：儲能作為主要穩定電源保障重要負荷持續供電。
2.5 主控與監控單元
光伏儲能一體機作為整套系統核心主控設備，內置2路 MPPT 光伏充電控制器、雙向 PCS 變流器和EMS 能量管理系統，統籌協調光伏電源儲能電池外部電網本地負荷四者之間能量分配。設備具備完善運行模式切換能力，支持并網運行、離網孤島運行、并離網無縫切換。預留標準化通訊接口可以和上位監控軟件電池管理系統數據采集儀表實現數據互聯互通。
上位監控單元由監控軟件與數據采集鏈路組成，實時采集整套系統所有節點，運行參數包含光伏側電壓、電流、輸出功率、儲能電池電壓、電流、 SOC、交流母線電壓、頻率、負荷功率、并網交互功率等電參數。軟件具備實時數據展示動態曲線并繪制歷史數據存儲、實驗報表導出功能。實訓過程中學生可以實時觀測系統動態變化，保存實驗數據用于撰寫實訓報告，便于教師開展實訓結果考核。
2.6 數據采集與智能儀表模塊
智能儀表模塊由多路直流功率測量儀表交流多功能電力儀表組成，分別安裝于光伏支路儲能支路并網支路負荷支路。儀表實時采集電壓電流有功功率無功功率功率因數頻率累計電能等參數，本地數碼顯示屏實時顯示數據，同時通過 RS485 總線將數據上傳至上位監控系統。測量儀表精度滿足教學實驗數據采集要求，保障實訓實驗數據準確可靠。所有測量點位標準化布局，學生可以對比不同節點功率數據開展能量平衡計算實驗。
三、系統參數
3.1 儲能與控制系統
儲能與穩定控制系統由雙向儲能變流器、切換開關、儲能蓄電池組、電池管理系統(BMS)、直流功率計量儀表、低壓線路保護器、電流互感器、分流器、測試端子、通訊網關等組成。主要實現對微電網儲能的充放電管理、直流母線與交流母線的雙向變流、內置隔離微電網與市電電網的PCC節點開關。
1）儲能雙向變流控制器(PCS):
2最大并網功率：5.0KW；
2輸入直流電壓：DC48V；
2最大充電功率：5500W；
2充電電壓：可設定；集成溫度補償功能；
2保護功能：接反保護，欠壓保護，過壓保護，過充保護，過載保護，短路保護等；
2額定輸出電壓：220V(180Vac-280Vac)；
2額定電網頻率：45/65HZ，±5HZ；
2最大交流電流：22A；
2功率因素：0.8超前～0.8滯后；
2THDI：<1.5%；
2交流連接類型：單相；
2設備保護：直流極性反接保護，直流輸入開關保護，交流輸出過流保護，交流輸出過壓保護，接地故障監測，電網孤島監測，殘余電流檢測；
2通訊接口：隔離RS485；
四、微電網儲能變流控制器運行模式
序 號 | 部 件 | 說 明 |
1 | 等待模式 | 機器上電后等待階段當符合條件時,進入自檢模式若有故障,逆變器進入故障模式。 |
2 | 自檢模式 | 逆變器啟動前，持續進行自檢、初始化等。 若滿足條件，則進入并網模式，逆變器啟動并網運行。? 若未檢測到電網，則進入離網模式，逆變器離網運行。若逆變器無離網功能,則進入等待模若自檢未通過，則進入故障模式。 |
3 | 并網模式 | 逆變器正常并網運行。 若檢測到電網不存在,則進入離網工作模式。 若檢測到故障發生,則進入故障模式。 若檢測到電網條件不滿足并網要求,且未開啟離網輸出功能,則進入等待模式。 |
4 | 離網模式 | 當電網斷電時,逆變器工作模式切換為離網模式，BACK-UP端口繼續給負冀供電。 若檢測到故發生，則進入故障模式。? 若檢測到電網條件不滿足并網要求，且未開啟離網輸出功能，則進入等待程式。 若檢測到電網條件滿足并網要求,且己開啟離網輸出功能。則進入自檢式， 若檢測到故障，逆變器進入故障模式，待故障清除，進入等待模式。 |
5 | 故障模式 | 若檢測到故障，逆變器進入故障模式，待故障清除，進入等待模式。 |
2)儲能蓄電池：
2電池容量：48V/4.8KWH；
2電池連接方式：串聯；
2電池類型：磷酸鐵鋰；
3) 電池管理系統(BMS)
2電源電壓：AC/DC220V；
2輸入功率：≤10W；
2電池單體電壓檢測：24節；
2電池電流采集：1路；
2電池溫度采集：1路；
2單體電壓測量范圍：0.5V～16V；
2單體電壓測量精度：≤±0.3%；
2通訊端口：RS485；可檢測蓄電池組的電壓、電流；單體電池電壓、內阻；蓄電池工作溫度，BMS系統可動態檢測蓄電池間的工作情況，估測蓄電池的SOC，使蓄電池和設備間的連接更科學，大大延長蓄電池的工作壽命。
4)直流功率表:
2電壓測量范圍：DC0-300V；
2電壓測量精度：0.5級；
2電流測量范圍：0-50A；
2電流測量精度：0.5級；
5) 交流接觸器:
2主觸點數量：3對；
2額定電流：25A；
2線圈電壓：AC220V；帶輔助觸點；
3.2 發電單元
1）太陽能光伏電池
2太陽能光伏電池是本實訓臺的核心組成部分亦是光伏發電系統不可或缺的核心部件，是將光能轉換為電能并通過控制系統儲存在儲能電池當中做為儲備能源。
太陽能電池組為多晶硅或單晶硅，是由高效晶體硅太陽能電池片、超白布紋鋼化玻璃、EVA、透明TPT背板以及鋁合金邊框組成。
2組件類型：單晶；
2功 率：100W；（共10塊）
2開路電壓：42V
2組件效率：≥18％；
2功率偏差：2.0％；
2工作溫度：-40℃～85℃；
2邊框材質：鋁合金；
2）光伏支架：
支架鋼構件采用金屬保護層的防腐方式。鋼結構支架、連接板及拉條均采用熱浸鍍鋅涂層，熱浸鍍鋅滿足（金屬覆蓋層鋼鐵制件熱浸鋅層技術要求及試驗方法）（GB/T13912-2002）的相關要求。電池板組件安裝完成后尺寸為2000*1600*1400左右（長*寬*高），在室內的終端或在主控計算機上可以進行傾斜角調節、角度調節范圍大約40度左右。
3）直流功率表:
2電壓測量范圍：DC0-300V；
2電壓測量精度：0.5級；
2電流測量范圍：0-50A；
2電流測量精度：0.5級；
4）智能匯流箱裝調模塊：
2采用可拆卸式模塊化設計，≧IP54防護等級；內置熔斷器、防反二極管、斷路器、浪涌保護器、監控等模塊；支持匯流箱裝調實訓，包括元器件安裝、標識標志粘貼、整機調試等；
2尺寸：500×400×180mm，
2輸入路數:2 路；
2額定電流:DC 0-16A；
2反應時間:1s；
2測量精度:0.5級；
2溫度系數:400ppm；
3.3 光伏模擬器
2內置光伏仿真模型 Sandia 模型 EN50530 標準模型、支持功能自定義 I-V 特性曲線導入輻照度連續調節模擬環境溫度設置模擬局部陰影工況、支持靜態 MPPT 測試動態 MPPT 跟蹤性能測試、輸出電壓電流低紋波，配套控制軟件。
2額定功率：1.5KW
2直流輸出：可調電壓區間 0-300V
2電流輸出：可調電流區間 0-10A
2保護功能：輸出短路保護、反接保護、過壓保護、過流保護、過熱保護
2工作環境溫度： 0～40℃
3.4 交直流負荷單元
2交直流負荷單元由交、直流模擬負載、直流功率計量儀表、交流功率計量儀表、分流器、交流接觸器、測試端子等組成。并預留1路或2路輸出端口留作備用，可以通過軟件模擬對不同等級負荷進行自動調度控制，模擬微電網負荷投切控制和帶載運行參數分析。
1)模擬直流I級負荷:直流LED燈：額定DC48V/20W；
2)模擬直流II級負荷:直流電阻負載：500W/10Ω；
3)模擬交流I級負荷:交流白熾燈：AC220V/100W；
4)模擬交流II級負荷:交流電阻負載：800W/96Ω；
5)感性負載：
2額定電壓：220V；
2工作頻率：50HZ；
2工頻耐壓：3000V
2額定電感：380mH
6)容性負載：
2額定容量：30μF±5％；
2額定電壓：450VAC 50/60HZ
7)直流功率表:
2電壓測量范圍：DC0-300V；
2電壓測量精度：0.5級；
2電流測量范圍：0-50A；
2電流測量精度：0.5級；
8)單相交流功率表:
2電流、電壓測量精度：0.2級；
2功率、有功電能測量精度：0.5級；
2頻率測量誤差：±0.05HZ；無功電能：1級；
2供電電壓：AC85-265V/DC100-300V；
2功耗：≤10VA。
3.5 數據終端
2實訓裝置配套數字化終端，系統運過程中、監控主機通過通訊總線匯總系統運行過種的各類數據 并根據制定策略自動分析。
2軟件界面：光伏發電狀態、儲能電池狀態、電網交互狀態、負荷用電狀態。
系統自動記錄實驗全過程運行數據，實驗結束之后可以導出 Excel 格式實驗數據報表，支撐實訓報告撰寫。
1）監控主機：
2內核：J1900 CPU（主頻2400MHz*4核心）；
2內存：8GB；
2觸摸類型：四線電阻式觸摸屏；
2串行接口：RS232/RS485；
2以太網口：100/1000M自適應；
2電磁兼容：工業三極；
2監測內容：對微電網的實時運行和報警信息進行全面監控，并對微電網進行統計和分析，實現對微電網參數的監控。
2）工業交換機：
2網絡標準：IEEE 802.3、IEEE 802.3u、IEEE 802.3x；
2端口：8個10/100Mbps RJ45 端口；
2指示燈：每端口具有1個Link/Ack、Speed 指示燈/每設備具有1個Power指示燈；
2性能：存儲轉發/支持3.2Gbps背板帶寬/支持8K的MAC地址表深度。
3）浪涌保護器：
2最大持續運行電壓Uc：1000V；
2標稱放電電流In(8/20us)：20KA；
2最大放電電流Imax(8/20us)：40KA；
2保護水平Up(8/20us)：<1.8KV響應時間：≤25ns；
4）交流接觸器：
2主觸點數量：3對；
2額定電流：25A；
2線圈電壓：AC220V；帶輔助觸點；
5）光伏專用單相電雙向計量儀表：
2電流、電壓測量精度：0.2級；功率、有功電能測量精度：0.5級；無功電能：1級；
6）開關電源：
2輸入電壓：AC220V；
2輸出電壓：DC24V；
2額定輸出電流：2.5A；
（1) 電力數據采集監控系統(SCADA):
2具有用戶及權限管理功能；支持主機加多從機功能；具有歷史數據儲存、數據庫查詢；在線實時監測系統數據、狀態數據；實時曲線與歷史曲線動態顯示；在線設置和修改系統參數；通過以太網連接能量管理系統，具備快速遙信、遙測、遙控、遙調功能；具備模擬微電網自動化電力調度控制管理功能。
2電力監控數據終端
五、可開展教學項目
1、光伏發電系統整體結構認知實訓與光伏組件輸出特性測試實驗
認識光伏發電系統組成部件掌握光伏組件串并聯接線規范，自然光條件下測量光伏組件開路電壓短路電流，記錄不同輻照度下輸出功率變化規律，觀測局部陰影遮擋對光伏陣列發電能力造成的影響，理解光伏失配基礎原理。
2、光伏模擬器參數設置操作與光伏陣列 I-V 曲線仿真 MPPT 最大功率跟蹤對比實驗
熟練掌握光伏模擬器軟件操作方法，編輯不同光照溫度工況對應的 I-V 特性曲線，對比不同工況下一體機 MPPT 跟蹤響應效果，理解最大功率跟蹤控制基本原理，分析輻照突變條件下 MPPT 動態響應特性。
3、光伏儲能系統參數設置運行模式切換綜合實訓
熟悉光儲一體機面板操作菜單掌握各項運行參數設置方法，依次完成并網模式離網模式切換操作，學習能量管理策略參數配置，理解一體機內部 MPPT 單元雙向 PCS 變流器工作原理，識別設備各類告警代碼含義。
4、磷酸鐵鋰電池 BMS 系統監測充放電特性與 SOC 管理實驗
讀取 BMS 電池管理系統電芯電壓溫度 SOC 數據，觀測電池恒流充電恒壓充電階段變化規律，開展電池不同倍率充放電對比實驗，學習剩余電量 SOC 估算基礎原理，掌握儲能電池日常安全操作規范。
5、源網荷儲系統并網運行工況實訓光伏自發自用余電上網能量分配實驗
啟動系統并網運行模式，調整負荷功率觀測光伏電能優先供給本地負荷運行過程，記錄負荷用電功率大于光伏發電功率與小于光伏發電功率兩種工況下，儲能充放電狀態以及向電網輸送電能數據，分析自發自用余電上網收益邏輯。
6、源網荷儲孤島離網運行實訓儲能應急供電綜合實驗
斷開外部模擬電網，系統進入孤島運行模式，依靠光伏與儲能聯合為負荷供電。人為調整負荷大小觀察儲能功率調節過程，測試孤島模式下系統電壓頻率穩定能力，理解偏遠無電網區域獨立微電網供電實現方案。
7、并離網無縫切換操作實訓防孤島保護原理與電網故障模擬實驗
人為模擬外部電網斷電故障，觀測系統由并網模式自動切換至孤島模式全過程；恢復電網供電觀測重新并網同步控制流程；模擬孤島故障條件驗證防孤島保護動作邏輯，學習分布式電源并網安全規范。
8、負荷擾動工況下儲能削峰填谷功率協調控制實訓
連續投切交流負載制造負荷功率階躍擾動，觀測儲能系統快速吸收或者釋放電能平滑功率波動全過程，分析儲能削峰填谷應用價值，掌握源荷功率失衡條件下儲能系統調節控制邏輯。
9、微電網能量管理策略調試源荷供需平衡優化實訓
修改一體機內部能量管理控制策略，對比不同調度策略下光伏消納水平儲能充放電時序，學習微電網能量優化基本原則，結合負荷用電規律制定合理光儲協同運行策略。
10、光儲系統常見故障識別故障排查與系統運維綜合實訓
人為設置光伏接線故障儲能接線故障負荷故障電網側故障，學習根據儀表數據監控界面告警信息定位故障點位，按照規范流程開展故障處理，建立光儲電站標準化運維安全操作流程。
六、系統配置（配置單）
序號 | 名 稱 | 型 號 | 數量 | 單位 |
1 | 光伏儲能與控制系統 | SBXNY-GF01 | 1 | 臺 |
2 | 儲能管理系統主機 | GW5000ES | 1 | 臺 |
3 | 儲能電池系統 | LXU5.4-L | 1 | 臺 |
4 | 光伏模擬電源 | 1.5KW | 1 | 臺 |
5 | 光伏電池組件 | 開路41.5V，功率100W | 10 | 塊 |
6 | 光伏支架系統 | 定制/配套 | 1 | 套 |
7 | 測量儀表 | 電壓、電流、功率 | 1 | 套 |
8 | 監控主機 | J1900 CPU內核 | 1 | 臺 |
9 | 浪涌保護器 | 1000V 20KA | 1 | 套 |
10 | 使用手冊 | SBXNY-GF01源網荷儲一體化光伏儲能實訓裝置 | 1 | 本 |
