屋顶分布式光伏电站，凭借其优势，成为了光伏发电的重要应用形式。然而，光伏发电存在一定的不稳定性，如光照强度和天气条件的影响，使得光伏发电量波动较大。为解决这一问题，光储一体化技术应运而生。光储一体化技术通过将光伏发电与储能系统相结合，实现了光伏发电量的平滑输出，提高了系统稳定性和可靠性，拓宽了光伏发电的应用领域。
一、系统总体框架
基于光储一体化的屋顶分布式光伏电站的系统总体框架，主要包括光伏阵列与逆变器、储能系统、电力调度与能量管理系统。
光伏阵列：这是系统的核心部分，主要负责将太阳能转化为直流电能。光伏阵列的选型和设计应考虑光伏组件的性能、成本和可靠性等因素，并根据不同的应用需求来选取合适的光伏阵列。光伏组件的性能直接影响整个系统的发电效率，常见的光伏组件类型包括晶硅太阳能电池组件（如单晶硅、多晶硅）和薄膜太阳能电池组件等。
逆变器：负责将光伏阵列产生的直流电能转换为交流电能，供电网或负载使用。逆变器的性能和控制策略对整个系统的效率和稳定性具有重要影响。目前市场上主要有集中式逆变器、组串式逆变器和微逆变器等不同类型，在选择时应根据系统规模、组件特性、安装条件等因素综合考虑。
储能系统：负责在光伏发电不足以满足负载需求时向负载供电，以及在光伏发电过剩时储存电能。储能系统的容量设计需要充分考虑光伏发电量的波动性、负载需求以及系统成本等因素。常见的储能技术包括锂离子电池、钒液流电池等，在选择时应考虑储能设备的性能、成本、寿命和安全性等因素。
电力调度与能量管理系统：根据负载需求和光伏发电情况，实现对光伏发电和储能系统的协调控制。该系统需要实时监测光伏发电量、储能系统状态和负载需求，制定合理的调度策略，以实现光伏发电量的平滑输出和提高系统的稳定性。
二、关键技术
光伏组件选型与设计：应充分考虑组件的性能参数、成本、可靠性和寿命等因素，并根据屋顶的具体条件和需求，设计合理的光伏阵列布局，使系统在不同光照条件下实现大发电量。
逆变器技术：逆变器的选型和控制策略对系统性能至关重要。应选用具有高效率、大功率点追踪（MPPT）算法和保护功能的逆变器，以适应不同光照条件下的运行。
储能系统技术：储能系统的性能和设计直接影响系统的稳定性和可靠性。应合理选择储能类型、容量和设计控制策略，以确保系统在不同光照和负载条件下的稳定运行。
电力调度与能量管理策略：应根据实际负载需求、光伏发电情况和储能系统状态进行动态调整，以实现系统的稳定运行和高效发电。典型的调度策略包括峰谷平滑、优先满足负载需求、充放电策略优化等。
屋顶结构优化与安全性设计：在设计过程中，应充分考虑屋顶承重能力、结构形式、安装方式、防雷、防火、防风等因素，以确保屋顶分布式光伏电站的稳定运行和延长系统寿命。
三、实际应用案例
以某大型商业综合体为例，该综合体屋顶面积约为5000平方米。为提高能源利用效率并降低电力成本，在屋顶安装光储一体化分布式光伏电站。该项目的设计目标是满足商业综合体约60%的日常用电需求。
根据屋顶面积和业主需求，选取相应的硬件：选用LONGiSolarLR6-72HPH450W单晶硅组件作为光伏组件，共计560片，总装机容量为252kWp；选用SungrowSG110CX三相组串式逆变器，共计2台，总容量为220kW；选用CATLLFP锂离子电池作为储能系统，储能容量为300kWh。
在实施过程中，光伏组件按照南倾角20°布置在屋顶，以大化发电量。同时，逆变器和储能系统安装在屋顶附近的机房内，以减小线路损耗。
经过一年的运行，该光伏电站的发电量达到了约305MWh，满足了预期目标。储能系统在日间将光伏发电的剩余电量储存起来，夜间释放，使商业综合体在用电高峰期能够实现峰谷平滑。该项目的总投资约为150万元人民币，经过一年的运行，节省了约18万元的电费支出。同时，根据当地政府的补贴政策，项目每年还可获得约7万元的补贴收入。综合考虑，该项目的投资回收期约为6年，具有较好的经济效益。
4.安科瑞Acrel-2000MG微电网能量管理系统
4.1概述
Acrel-2000MG储能能量管理系统是安科瑞专门针对工商业储能电站研制的本地化能量管理系统，可实现了储能电站的数据采集、数据处理、数据存储、数据查询与分析、可视化监控、报警管理、统计报表、策略管理、历史曲线等功能。其中策略管理，支持多种控制策略选择，包含计划曲线、削峰填谷、需量控制、防逆流等。该系统不仅可以实现下级各储能单元的统一监控和管理，还可以实现与上级调度系统和云平台的数据通讯与交互，既能接受上级调度指令，又可以满足远程监控与运维，确保储能系统安全、稳定、可靠、经济运行。
4.2应用场景
适用于工商业储能电站、新能源配储电站。
4.3系统结构
4.4系统功能
（1）实时监管
对微电网的运行进行实时监管，包含市电、光伏、风电、储能、充电桩及用电负荷，同时也包括收益数据、天气状况、节能减排等信息。
（2）智能监控
对系统环境、光伏组件、光伏逆变器、风电控制逆变一体机、储能电池、储能变流器、用电设备等进行实时监测，掌握微电网系统的运行状况。
（3）功率预测
对分布式发电系统进行短期、超短期发电功率预测，并展示合格率及误差分析。
（4）电能质量
实现整个微电网系统范围内的电能质量和电能可靠性状况进行持续性的监测。如电压谐波、电压闪变、电压不平衡等稳态数据和电压暂升/暂降、电压中断暂态数据进行监测分析及录波展示，并对电压、电流瞬变进行监测。
（5）可视化运行
实现微电网无人值守，实现数字化、智能化、便捷化管理;对重要负荷与设备进行不间断监控。
（6）优化控制
通过分析历史用电数据、天气条件对负荷进行功率预测，并结合分布式电源出力与储能状态，实现经济优化调度，以降低尖峰或者高峰时刻的用电量，降低企业综合用电成本。
（7）收益分析
用户可以查看光伏、储能、充电桩三部分的每天电量和收益数据，同时可以切换年报查看每个月的电量和收益。
（8）能源分析
通过分析光伏、风电、储能设备的发电效率、转化效率，用于评估设备性能与状态。
（9）策略配置
微电网配置主要对微电网系统组成、基础参数、运行策略及统计值进行设置。其中策略包含计划曲线、削峰填谷、需量控制、新能源消纳、逆功率控制等。
5.硬件及其配套产品
| 序号 | 设备 | 型号 | 图片 | 说明 |
| 1 | 能量管理系统 | Acrel-2000MG |
| 内部设备的数据采集与监控，由通信管理机、工业平板电脑、串口服务器、遥信模块及相关通信辅件组成。 数据采集、上传及转发至服务器及协同控制装置 策略控制:计划曲线、需量控制、削峰填谷、备用电源等 |
| 2 | 显示器 | 25.1英寸液晶显示器 |
| 系统软件显示载体 |
| 3 | UPS电源 | UPS2000-A-2-KTTS |
| 为监控主机提供后备电源 |
| 4 | 打印机 | HP108AA4 |
| 用以打印操作记录，参数修改记录、参数越限、复限，系统事故，设备故障，保护运行等记录，以召唤打印为主要方式 |
| 5 | 音箱 | R19U |
| 播放报警事件信息 |
| 6 | 工业网络交换机 | D-LINKDES-1016A16 |
| 提供16口百兆工业网络交换机解决了通信实时性、网络安全性、本质安全与安全防爆技术等技术问题 |
| 7 | GPS时钟 | ATS1200GB |
| 利用gps同步卫星信号，接收1pps和串口时间信息，将本地的时钟和gps卫星上面的时间进行同步 |
| 8 | 交流计量电表 | AMC96L-E4/KC |
| 电力参数测量(如单相或者三相的电流、电压、有功功率、无功功率、视在功率,频率、功率因数等)、复费率电能计量、 四象限电能计量、谐波分析以及电能监测和考核管理。多种外围接口功能:带有RS485/MODBUS-RTU协议:带开关量输入和继电器输出可实现断路器开关的"遜信“和“遥控”的功能 |
| 9 | 直流计量电表 | PZ96L-DE |
| 可测量直流系统中的电压、电流、功率、正向与反向电能。可带RS485通讯接口、模拟量数据转换、开关量输入/输出等功能 |
| 10 | 电能质量监测 | APView500 |
| 实时监测电压偏差、频率俯差、三相电压不平衡、电压波动和闪变、诺波等电能质量，记录各类电能质量事件,定位扰动源。 |
| 11 | 防孤岛装置 | AM5SE-IS |
| 防孤岛保护装置，当外部电网停电后断开和电网连接 |
| 12 | 箱变测控装置 | AM6-PWC |
| 置针对光伏、风能、储能升压变不同要求研发的集保护，测控，通讯一体化装置，具备保护、通信管理机功能、环网交换机功能的测控装置 |
| 13 | 通信管理机 | ANet-2E851 |
| 能够根据不同的采集规的进行水表、气表、电表、微机保护等设备终端的数据果集汇总: 提供规约转换、透明转发、数据加密压缩、数据转换、边缘计算等多项功能:实时多任务并行处理数据采集和数据转发，可多链路上送平台据: |
| 14 | 串口服务器 | Aport |
| 功能:转换“辅助系统"的状态数据，反馈到能量管理系统中。 1)空调的开关，调温，及断电(二次开关实现) 2)上传配电柜各个空开信号 3)上传UPS内部电量信息等 4)接入电表、BSMU等设备 |
| 15 | 遥信模块 | ARTU-K16 |
| 1)反馈各个设备状态，将相关数据到串口服务器:读消防VO信号，并转发给到上层(关机、事件上报等) 2)采集水浸传感器信息，并转发 3)给到上层(水浸信号事件上报) 4)读取门禁程传感器信息，并转发 |
五、结论
基于光储一体化的屋顶分布式光伏电站设计通过合理选择和配置光伏组件、逆变器、储能系统和电力调度与能量管理系统等关键设备和技术，实现了对太阳能的有效利用和系统的稳定运行。实际应用案例表明，该设计方案具有较高的经济效益和社会效益，为光伏发电的广泛应用提供了可行的解决方案。随着技术的不断进步和成本的进一步降低，光储一体化的屋顶分布式光伏电站将具有更广阔的发展前景。
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