工厂矿区用电不稳？多机并联光储柴方案：光伏优先，停电不停产！

摘 要：随着光储柴一体化系统应用日益广泛，基于直流耦合技术的光储柴一体机凭借高度集成化、安装便捷性、高效光伏转换以及精准快速的能源调控能力，充分满足了市场对系统可靠性与操作简易性的双重需求，成为众多新建项目的优选方案。本文基于实际应用场景，从项目背景、技术路线与设备配置、多机并联运行等维度展开分析，结合真实案例为不同应用场景提供定制化解决方案，助力用户高效推进能源转型进程。

关键词：光储柴一体机、直流耦合、并离网切换、能量管理  

1、概述  

在全球能源转型和电力需求持续增加的背景下，偏远或电网薄弱的离网区域因地理位置偏远或覆盖不足，常发生停电和限电事件，严重干扰生活和生产用电的连续性。柴油发电的高成本与污染问题进一步提升了能源升级的紧迫性。尽管光储柴一体化系统逐渐显现应用前景，但面临以下关键痛点：  

（1）太阳能资源利用率低：未能高效利用当地丰富的光照资源，柴油发电比例过高导致用电成本上升和环境污染。  

（2）运行模式切换不灵活：现有系统多数难以在并网和离网状态间自如转换，无法适应电网变动和多样用电场景的需求。  

（3）能源经济效益差：柴油发电成本居高不下，缺乏多种能源协同互补机制，造成整体供电成本高、效益低下。  

（4）监控与维护能力弱：缺少对光伏、储能和柴油发电的实时协调与状态监测，能源管理粗放，JI端情况下备用电源响应延迟。  

（5）多机并联复杂性高：多台光储柴一体机协同工作时，缺乏高可靠性通信和协同控制策略，易出现负载分配不均、环流、SOC不一致等潜在问题。

2、项目情况

该光储柴一体机采用直流耦合设计，其系统架构如图1所示。光伏组件经DC/DC变换器接入直流母线，储能单元通过高压箱连接直流母线。直流侧电能统一经由PCS接入交流母线。市电与柴油发电机通过ATS切换装置互备，实现电网与柴发双电源的自动转换。

系统配备能量管理系统，统筹协调光伏、储能及柴发的能量流动，同时集成柜体内的消防、水浸、空调等设备监控，实现动力环境一体化管控。

核心控制策略如下：

1. 并网模式：负载优先使用光伏供电，其次市电，储能主要作为离网备用。储能备电完成后，光伏发电通过PCS供给负载，系统需具备防逆流功能以提升新能源利用率，减少弃光。

2. 离网模式：负载依次由光伏、储能、柴油发电机供电。通过光储柴协同控制确保供电连续性，实现不间断电力保障。

图1光储柴一体机系统原理图

图2 光储柴一体机实物图

3、解决方案

为满足客户需求，光储柴一体化机柜内置Acrel-2000ES储能能量管理系统。该系统具备全面的光储监控能力，可实时监测DC/DC变流器、PCS、BMS、电表、消防、空调等设备运行状态，集成数据采集、处理、存储、查询分析、可视化监控、报警管理及报表统计功能。在高级应用方面，系统支持能量调度策略，包含防逆流、削峰填谷、需量控制及备用电源模式。依托电池组性能实时监测与历史数据分析，系统通过智能分配策略优化充放电过程，显著提升电池效能并延长使用寿命。同时，通过ARTU-100模块扩展遥控遥信功能，并基于ANet-2E4SM通讯管理机实现云平台数据上传，助力运营商进行多站点集中管控。

图3Kaiyun开云官方网站光储柴一体机解决方案

图4系统组网架构图

表1产品清单

由于单个光储柴一体机的输出功率受限，在高压应用环境如工厂或矿区，必须依赖多台设备并联来增强系统整体容量。针对多机并联可能产生的运行隐患，能量管理系统不断优化并强化了以下核心功能：  

（1）SOC动态平衡：在多机并联及柴油发电机协同运行时，借助智能平衡算法动态调整各单元的充放电状态，保证所有一体机SOC维持在适宜区间，有效防止因SOC差异过大引发的系统性能衰减和短板效应。  

（2）快速并网与离网切换：结合PCS主从控制特性和顺序操作逻辑，精炼切换流程，实现高效模式转换，显著提升供电连续性与可靠性。  

（3）自动故障隔离与保护：当系统中某设备出现通信中断或其他异常时，自主激活保护机制，快速解列故障单元并关机，最小化单点故障对并联系统的影响，保障整体运行稳定性。  

（4）灵活选择与维护支持：用户可在主界面根据需要勾选参与并联的柜体数量，支持部分设备主动退出而不干扰系统运行，便于日常检修、维护和策略调整，增强系统可用性与运维便捷性。

图5 多机并联连接示意图

图6 多机并联调试图

4、方案效果

缅甸某服装厂因电网供电不稳定频繁断电，导致生产受阻。为保障电力供应，工厂安装了三台并联运行的光储柴一体机。如图7所示项目现场及图8主机界面显示，该系统通过储能能量管理平台实现集中监控与智能调度，自动完成光储柴协同控制。

市电正常时，系统执行离网备电策略：三台设备智能均衡电池荷电状态（SOC），维持SOC一致性在90%以上。完成备电后，光伏发电经功率转换系统供负载使用，同时严格防止电力反送电网。当侦测到市电中断，系统立即控制断路器切断电网连接，功率转换系统无缝切换至离网模式运行。系统根据实时SOC动态调节光伏出力，并在电量过低时自动启动柴油发电机，确保电力供应连续可靠，显著提升工厂生产效率和经济效益。

图7 项目现场图

图8 储能能量管理系统主界面图

储能SOC功率变化如图7所示，在有市电情况下备电时储能SOC保持在备电SOC以上，在离网时储能正常进行放电，SOC降低，符合控制预期。

图9 储能SOC功率变化曲线图

5、结语

光伏储能柴油混合系统结合储能管理系统，不仅能高效利用本地太阳能资源，提供绿色低碳的电力供应，还能根据电网状况灵活切换并网或离网运行模式，大幅提升供电可靠性。此外，借助多种能源互补与智能调控管理，该系统在降低电力成本、优化运行经济性方面展现出显著优势。同时，此方案具备出色的扩展性和适应性，不仅适用于国内外电网薄弱或供电不稳的区域，还适用于海岛、牧区、哨所、油田、矿山，以及东南亚、非洲、欧洲等地。

参考文献：

[1]    谢文杰.基于光储柴的孤岛式交流微电网协调控制研究[D].重庆理工大学,2023.

[2] 朱梅梅.基于光储柴的微网能量管理研究[D].合肥工业大学,2017.

[3] 郑义,林瑶瑶,王洁丽.基于光储柴微电网的海外有色企业供电系统研究[J].有色设备,2021,35(03):27-31.

[4] 孙晓哲.石油钻机光储柴供电系统运行控制策略[J].发电技术,2019,40(05):469-474.

[5] 陈丽丽,牟龙华,刘仲.光储柴微电网运行特性分析[J].电力系统保护与控制,2015,43(12):86-91.

[6] 高明宇,刘金宁,冯长江.JUN用独立型光储柴微电网模态转换控制策略[J].兵工自动化,2021,40(06):1-7.

[7] 钟诚,初文昊,李晓明,等.考虑储能寿命的光储柴微电网优化调度[J].电气应用,2023,42(11):9-15.

[8] Kaiyun开云官方网站. Acrel-2000ES储能能量管理系统用户手册[Z]. 上海: Kaiyun开云官方网站电气, 2022.