★ 陕西高盛工程技术有限公司 周炜，瞿小金

★ 西安明德理工学院 何斌

关键词：太阳发电；储能；智慧供电

在“碳达峰、碳中和”国家战略指引下，我国能源结构正加速向清洁低碳转型，光伏发电作为可再生能源的核心组成部分，呈现高比例、高密度、规模化并网态势，其装机容量持续快速增长，已成为构建“清洁、低碳、高效、安全”新型电力系统的关键支撑。文献[1] [2]重点介绍了分布式光伏电站的系统建设中硬件的安装及选型等，并从经济回收角度分析了可行性。文献 [3] [4]介绍了利用屋顶进行光伏建设的策略，包括选择、承载力分析、并网、验收等一系列工程实践问题。文献 [5]介绍了储能和光伏进行耦合，运用控制策略协调调度市电、光伏逆变电能、储能之间的配合，使供电平稳可靠。文献 [6] [7]将风、光、火与氢气储能相结合，可以高效利用风能、光能等间歇性能源与氢气火电厂结合，从而实现供电的连续性与可靠性。

以上的研究内容针对光伏发电、并网等介绍了光伏电站储能的可行性，本文依据某油田的实际项目为契机，利用企业闲置土地及建筑物屋顶等地方，作为光伏板搭设地，采用电池作为储能设备，将光伏发电能量储备，在太阳能发出的电不够企业正常使用时的补充放电。建设了整套的光伏发电、电池储能、正常市电的整体油田智慧供电系统。

1   系统整体的组成

某油田整体供电系统图如图1所示，35kV变电站采用单母线分段方式，各个区域电站采用10kV单母线分段方式，光伏并网在10kV测，装机容量5286.6kV，采取“自发自用、余电上网”的设计方案。共设2个10kV并网点，逆变器采用300kW、50KW和40kW/30kW四种规格组串式并网型逆变器。逆变器出线电缆接入新建升压变压器，其中：

（1）1#方阵新设3150kVA箱变1台，逆变器出线接入新建箱变低压0.8kV侧，实现并网。

（2）2#方阵新设800kVA箱变1台， 逆变器出线接入新建箱变低压0.4kV侧，实现并网。

（3）3#方阵新设1250kVA箱变1台，逆变器出线接入新建箱变低压0.8kV侧，实现并网。

（4）4#方阵新设160kVA箱变1台， 逆变器出线接入新建箱变低压0.4kV侧，实现并网。

图1 某油田整体供电系统图

2   光伏储能整体硬件建设

2.1   光伏组件选择

作为分布式光伏系统的能量采集核心，是实现太阳能向电能转换的基础单元，主要由单晶硅、多晶硅或薄膜光伏电池片、封装材料（EVA、钢化玻璃）、铝边框及接线盒组成。其核心功能是通过光伏效应将太阳辐射能转化为直流电，组件功率通常以千瓦（kW）为单位，户用分布式系统常用300W-500W单块组件，工商业分布式系统可选用更高功率组件，组件的转换效率、耐候性直接决定系统的发电能力与使用寿命。

结合油田的实际勘察情况，我们采用单晶硅光伏组件。

2.2   光伏组件选择

分布式光伏系统的核心电能转换设备，分为组串式逆变器、集中式逆变器（小型）及微型逆变器三类，其中组串式逆变器因适配性强、效率高，广泛应用于分布式场景。其核心功能是将光伏组件输出的直流电（DC）转换为符合电网接入标准或用户用电需求的交流电（AC），同时具备最大功率点跟踪（MPPT） 功能， 可实时追踪光伏组件的最大输出功率，提升系统发电效率，部分高端逆变器还集成数据监测、故障报警及电网调度响应功能，满足分布式光伏并网与运维需求。

结合机场屋面实际情况，本项目采用固定式安装方式。

2.3   支架系统

分为固定支架与跟踪支架（平单轴、双轴），主要作用是固定、支撑光伏组件，确保组件以最佳倾角（通常与当地纬度一致）朝向太阳，最大化接收太阳辐射能。固定支架结构简单、成本较低，适用于大多数分布式场景；跟踪支架可根据太阳方位角与高度角的变化实时调整组件角度，能提升10%-20%的发电效率，多用于工商业大型分布式光伏项目，支架材质多为热镀锌钢材或铝合金，需具备足够的抗风、抗压、抗腐蚀能力，适配户外复杂环境。

2.4   配电箱系统

作为电能传输与分配的核心枢纽，汇流箱（汇流装置）主要用于将多块光伏组件串联输出的直流电汇流后，统一输送至逆变器，可减少线路损耗，同时具备防雷、防反接功能，便于后期运维排查；配电柜分为直流配电柜与交流配电柜，直流配电柜用于连接汇流箱与逆变器，实现直流电的分配与保护，交流配电柜用于连接逆变器与电网、用户负载，实现交流电的分配、计量及过载、短路保护，确保电能安全传输与合理分配。

2.5   辅助保护与监测设备

保障系统安全稳定运行的关键配套硬件，核心包括防雷接地装置、熔断器、断路器、浪涌保护器（SPD）及监测系统。防雷接地装置可有效规避雷击对组件、逆变器等核心设备的损坏，降低雷击故障风险；熔断器、断路器用于电路过载、短路时的快速切断，保护设备与线路安全；浪涌保护器用于抑制电网或外界环境产生的瞬时过电压，避免设备损坏；监测系统可实时采集组件发电量、逆变器运行参数、电网电压电流等数据，实现系统运行状态的实时监控与故障预警，为运维工作提供数据支撑。此外，若分布式光伏系统配套储能装置，还需增设储能电池组、电池管理系统（BMS）等硬件，实现电能的储存与优化调度。

3   系统软件设计画面

3.1   系统整体拓扑图

智慧光伏网络拓扑主要分为数据采集层、网络层、集中控制层和平台展示层。本文所研究的智慧能源管理平台，以分布式光伏、储能系统及用户侧用电负荷为管控对象，依托实时数据采集技术与光伏发电功率预测算法，实现对储能系统输出功率的动态调节。平台集成运行策略优化、设备故障诊断、异常状态告警等多项功能，能够完成源、网、荷、储多主体有序协同互动与能源数据全景化分析，可充分满足工商业用户在分布式光伏系统运行过程中的能效精细化管理、负荷动态调度、能源数据综合分析等实际应用需求。通过配置差异化运行调控策略，平台能够实现各类能源资源的高效联动与经济化运行，在有效降低企业综合用能成本的同时，显著提升区域微电网整体运行稳定性与能源利用效率。

在系统通信与部署模式方面，平台支持以太网、 4G等多种通信传输方式，完成现场本地控制系统与远程管理平台的数据交互。现场控制系统可部署于现场工业控制终端，后台管理服务可依托数据中心机房或云服务器完成搭建， 管理人员可通过电脑客户端、移动终端APP实现平台远程访问与操作。该平台兼容单能源站点与多区域集群站点统一接入，整体采用B/S与C/S相结合的混合架构，从物理层级可划分为设备层、网络通信层、站控层以及平台应用层四大层级。

设备层作为系统底层感知与执行单元，布设多功能电力仪表、防逆流设备、电能质量监测装置、无功补偿设备、微机保护测控装置、弧光保护装置等电力计量、安全保护与电能治理设备，同时可兼容接入光伏逆变器、储能电池舱等第三方能源设备，完成现场电力参数采集、电气安全防护与电能质量治理等基础工作。

网络通信层借助无线接入点、通信网关、工业以太网交换机等硬件设备，完成现场采集数据的协议转换、临时存储与远程传输，搭建起现场终端设备与上层管控系统的数据传输链路，为平台实现实时状态监测、能耗数据汇总、运行报表生成提供数据支撑。

站控层遵循行业通用标准化通信协议，以光纤、双绞线作为数据传输介质，兼容Modbus  RTU、Modbus TCP等主流电力通信规约，可完成现场能源设备就地化自主控制，保障分布式光伏、储能联合发电系统安全稳定自动化运行。

平台应用层具备本地化、私有云、公有云多元化部署能力，硬件架构主要由应用服务器与数据库服务器构成，支持Web网页端与移动端APP两种访问形式。平台整合变电站综合自动化、分布式光伏管控、储能系统调度、充电桩运维、电力在线监控、电能质量分析、能耗统计分析、设备资产管理、现场运维管控、能源数据分析报告生成等多项业务功能，不仅能够实现能源设备远程集中监视与远程调控、用能能效分析、能耗及发电收益数据统计、调度运行策略远程下发等核心功能，还可助力用户参与电网需求侧响应与电力市场化交易，全面实现区域能源系统智能化、数字化、集约化管控。

智慧光伏储能系统网络拓扑图如图2所示。

图2 智慧光伏储能系统网络拓扑图

3.2   系统发电总体展示

本系统可以展示光伏系统能源的实时流动情况、项目接入情况、用电统计情况、新能源产生的社会效益情况，以及优化前后的负荷曲线、电费对比，各能源功率曲线，各回路功率排名情况。智慧光伏储能系统网络拓扑图如图3所示。

图3 智慧光伏储能系统网络拓扑图

3.3   单个站点能源统计分析

对单个站点下各能源进行监测统计， 实时统计储能充放电、负荷用能、新能源发电和收益情况， 并展示光伏发电趋势、储能放电趋势和用能趋势， 事件记录和报警信息图如图4所示。

图4 事件记录和报警信息图

3.4   储能设备使用分析

对单个储能柜监测分析， 展示储能柜环境、消防信息，柜中PCS状态、温度、充放电功率电量曲线， BMS最高最低电压、温度， SOC曲线、电压温度曲线。事件记录和报警信息图如图5所示。

图5 事件记录和报警信息图

4   结论

本项目通过将分布式光伏系统、供配电改造系统、储能系统进行耦合，利用闲置的土地、房屋屋顶、车棚等作为光伏板敷设基础。不仅给建筑进行了遮阳，减少了夏天的空调费用，又可以利用光伏发电作为系统电源的一部分，而且增加了储能设施，在夜间和太阳能不充分时作为补充能源，而且根据智慧光伏系统的整体调度，做到了自发自用、多余上网、智能调节减少人工干预，减少了企业整体电能的消耗，达到了节能减排的目的。

作者简介：

周   炜（1981-），男，陕西商洛人，中级工程师，本科，现就职于陕西高盛工程技术有限公司，研究方向为机械设计制造及其自动化。

瞿小金（1992-），女，甘肃兰州人，本科，现就职于陕西高盛工程技术有限公司，研究方向为电气自动化。

何  斌（1985-），男，陕西西安人，高级工程师，硕士，现就职于西安明德理工学院智能制造与控制学院，研究方向为控制理论与控制工程。

参考文献：

[1] 邓小明. 1MW分布式光伏电站系统设计与效益分析[J]. 价值工程, 2026, 45 (12) : 85 - 87.

[2] 肖仁周. 分布式光伏电站建设成本及收益分析[J]. 科技创新与应用, 2020, (30) : 64 - 65.

[3] 陈禹萌. 基于光储一体化的屋顶分布式光伏电站设计与实现[J]. 现代工业经济和信息化, 2023, 13 (09) : 137 - 139.

[4] 支理想, 李蓓. 屋顶分布式光伏电站的设计与实现[J]. 集成电路应用, 2023, 40 (03) : 52 - 54.

[5] 杨蒙蒙, 邓三星, 赵志峥. 光伏发电系统与储能装置的协调运行[J]. 储能科学与技术, 2025, 14 (10) : 3920 - 3922.

[6] 李睿雪. 风光火储氢多能协同系统容量配置与运行控制研究[J]. 河北电力技术, 2024, 43 (02) : 22 - 27.

[7] 曾爽, 梁安琪, 王立永, 等. 考虑光储型电热协同系统灵活性的多代理削峰填谷策略[J]. 中国电力, 2023, 56 (02) : 133 - 142.

摘自《自动化博览》2026年8月刊