可调度式并网发电系统，配有储能环节(采用蓄电池组)。光伏阵列经双向逆变器给蓄电池充电，同时并网发电。并网发电功率由测控装置根据当地负荷的实际功率来调整，在光照能量不足时，可由蓄电池提供能量。

并网系统的监控通讯方式  

采用RS485/Ethernet/GPRS实现远程通讯功能，通过上位机监控软件，方便直观地监控当前逆变器的运行数据和工作状态，以及历史数据记录和故障信息，同时可和环境监测仪进行实时通讯，了解现场的日照强度、风速、风向和温度等情况。

并网控制系统设计

太阳能光伏并网逆变器是连接光伏阵列模块和电网的关键部件，它完成控制光伏阵列模块运行于最大功率点和向电网注入正弦电流两大主要任务。

光伏并网控制目标是：控制逆变电路输出的交流电流为稳定的高质量的正弦波，且与电网电压同频、同相。光伏并网发电系统的控制一般分为两个环节：第一个环节得到系统功率点，既光伏阵列模块工作点；第二个环节完成光伏逆变系统对电网的跟踪。同时，为保证光伏逆变器安全有效地直接工作于并网状态，系统必须具备一定的保护功能和防孤岛效应的检测与控制功能。

蓄电池储能控制设计

风电、光伏发电等可再生电源自身的不稳定性、波动性以及负载的扰动，会严重影响微电网接入电网处的公共供电点（PCC）电压和频率的稳定。储能系统主要由一个双向DC/DC 变换器和铅酸电池成。双向DC/DC 变换器并联在逆变器直流母线上，根据光伏阵列发出的功率和电网反馈回来的信息，控制蓄电池的能量流动。双向DC/DC 变换器采用半桥结构，如下图所示。

当风电、光伏发电可再生电源发出功率大于给定的并网功率时，蓄电池充电，此时双向DC/DC变换器工作在Buck电路模式。当光伏阵列发出功率小于给定的并网功率时，蓄电池放电，此时双向DC/DC变换器工作在Boost电路模式。

风电、光伏发电可再生电源输出的功率是波动的，而且变化率较大，大致可分为相对高频的波动功率和相对低频的波动功率两部分。蓄电池随着相对高频的功率波动充电或者放电，通过削峰、填谷实现并网功率的平抑、减小其变化率。在电网故障时，将电网断开，把光伏阵列发出的功率都存储到蓄电池，这样光伏阵列仍能继续发电，提高了系统发电效率，同时起到稳定直流母线电压的作用，防止电压过高而损坏设备。

智能能量管理系统设计

智能能量管理系统通过对最新的数据采集、无线传感、无线网状网络通信、数据库管理、智能负荷控制等技术的高效集成和整合，为建筑物电力节能提供了有效的解决方案。

该系统通过监测建筑物内用电设备的电能消耗，采集用电环境信息并分析用户用电习惯，从而制定适宜的用电控制策略，以达到从整体上优化电能使用，降低电费开支，切实相应“节能减排，低碳生活”。

智能能量管理系统主要由以下部分组成：智能能量传感器、基于TCP/IP的无线Mesh通信网络、计量数据管理系统（MDMS）、智能负荷控制器、环境参数无线传感器（亮度、温度、湿度、人员活动等）、智能电源控制器（如微逆变器）等。此外，通过“云技术”的应用，该系统提供了人性化的网页式访问和管理界面，满足了用户使用需求的多样性（如移动访问需求）。

(1)智能能量传感器

针对不同的应用场景，我们研发了单相智能能量传感器和三相智能能量传感器，分别用于单相供电模式（多用于家庭和商业办公建筑物）和三相供电模式（多用于工厂和配电室）。这些智能能量传感器可以实时采集用电设备的电压、电流、有功功率、无功功率、频率等数据量，并通过自身的无线通信模块，经由无线接入点，将采集的数据发送至其附近的智能能量网关，并最终将数据传回至MDMS。智能能量传感器的功能模块图如下图所示。

                

（2）基于TCP/IP的无线Mesh通信网络

系统的通信网络主要组成部分为无线接入点、智能能量网关、数据收集器以及系统服务器组成。系统创新性的采用了无线Mesh网络架构，使得其具有较高的稳定性、冗余性、扩展性和兼容性。每个无线接入点除了提供数据接入的功能外，还可以提供路由支持，这使得数据的多跳传输在路径选择上具有了更多优势。例如，当某个无线接入点受损后，系统的拓扑结构发生变化，数据传输路径会自动重新定义，使网络“自动愈合”，并形成新的拓扑结构，这大大提升了系统的稳定性，确保了所有数据高效送至智能网关。每个智能网关覆盖特定区域的数据量测，而所有智能网关可通过公共网络或私有网络借入数据收集器，数据收集器的主要功能是便于数据汇总和网络管理，例如，可以在必要时切除某一智能网关。数据收集器与系统服务器直连，系统服务器上运行了包括MDMS在内的多种应用和服务。
                  

（3）计量数据管理系统

传统意义上的MDMS主要负责量测数据的处理和存储，并通过企业服务总线 (ESB)或其他网络与智能电网中的其他信息系统进行数据交换，例如用户信息系统(CIS)、能量管理系统(EMS)、断电管理系统(OMS)等。除与智能电网中已有信息系统进行数据交换和互操作外，我们可以利用MDMS中数据库提供的应用程序编程接口(API)，为用户开发独具特色的应用和程序。例如，可以开发用于实时能耗监控的网页界面，方便用户在线访问数据库，了解电能消耗情况。

（4）智能负荷控制器

智能负荷控制器能够依照用户的设定或系统自动生成的控制策略进行动作，完成对各种用电设备的控制。这种控制并非仅仅是对负荷的简单分断和闭合，鉴于实际建筑物中的主要负荷分为照明设备，空调设备，IT设备等，并且各种负荷的能耗模式不同，我们分别为其开发了相应的无线负荷控制器，并实现了远程控制。例如，对于照明设备，可以控制照明设备的开关及其亮度的强弱；对于空调设备，可以控制开关、工作模式、温度升降等等。

（5）环境参数无线传感器

环境参数传感器可以收集用户或用电设备的环境信息，包括环境亮度、温度、湿度以及人员活动信息。这些采集的数据，可作为下文将要介绍的建筑物节能控制的输入量和反馈量。

（6）智能无线微逆变器

微逆变器(Micro Inverter)的概念是相对于传统组串式发电模式而言的，传统组串式发电模式优点是技术经典稳定，系统成本相对合理，是目前应用最广泛太阳能电池板发电模式。但其不足之处在于：当有局部阴影等遮蔽太阳能系统时，存在着如果有因日照不均以及特性不均等导致输出功率下降的模块，整体的输出功率就会大幅降低的问题。假如串联中的任何某个电池发生故障，也会导致整个电池组失效，尤其是欧美地区的屋顶太阳能发电由于屋顶的烟囱普遍存在，这种所谓的光斑现象更加明显，就出现了微逆变器的市场需求。

此外，微逆变器的优点还体现逆变器输入电压低(36V)、输出电压高(220V)功率小(200W-300W)、变换效率高(可到达97.5%)、可靠性高、寿命长、体积小、整体成本低、安装简便等等。

通过对传统的微逆变器增加无线通信模块，并制定相应的的通信和控制协议，我们可以将其升级为智能无线微逆变器，并整合进智能能量管理系统，从而最终实现太阳能电池板供电的可控性。

（7）基于“云技术”的能耗监控与管理

“云技术”的应用，使得系统的数据存储和访问变得更加有效。系统各种传感器终端测得的数据最终将上传至云端的服务器，运行在高性能服务器中的各种应用可以针对用户需求，提供相应数据的查看、分析、计算等服务。这不仅增加了用户访问数据的便利性，而且降低了用户访问终端的硬件要求，节约了大量成本。

实时能耗监控和管理的网页界面，便是该技术的一个典型应用。该应用一方面将量测数据以动态的图形化形式展示给用户，便于专业人事和非专业人事使用个人电脑，智能手机，iPad等多种设备访问系统；另外一方面，该应用集成了众多辅助信息，包括被监控用电设备的物理位置、资产信息等，并增加了对可控负荷和可控电源的模拟控制台，实现了负荷和电源的远程控制。

下图展示了某台空调能耗监控页面，在该页面中，可以实时在线查看此空调设备的电流、电压、无功、有功等电气信息。嵌入式的Google地图使得对该设备地理位置的查看也很便利。此外，模拟控制台的加入，可以实现实时在线的对空调进行开关、转变工作模式、温度升降等操作。

3.发展前景

我国有丰富的太阳能资源，推广利用的前景十分广阔。同时，据粗略估计，我国建筑能耗占我国总能耗的27％，有着巨大的节能空间。专家表示，让建筑和太阳能融合起来的太阳能建筑一体化将成为今后发展的重要方向。

太阳能建筑一体化，现阶段主要有两种体现形式。

一是光热建筑一体化，现阶段大量服务于群众日常生活的太阳能热水器、采暖器等，便是将太阳能转化为热能再加以利用。统计数据显示，2009年全国太阳能热水器和热水系统总保有量达到1.45亿平方米。按普通煤的市场价格来计算，相当于节省了225亿元；按商业用电的市场平均价格来计算，相当于节省了560亿元。同时1.45亿平方米的集热面积，一年可减排二氧化碳4451万吨。

二是光伏建筑一体化，即将太阳能光伏产品集成到建筑上，充分利用建筑外表面，安装多种光伏发电产品，所产生的电能或供自身使用或并网输送。2009年，我国新增了160兆瓦以上的光伏系统安装容量，累计安装超过300兆瓦。与2008年40兆瓦光伏系统安装量相比，2009年新增安装量增长了4倍。随着我国对可再生能源的重视，“太阳能屋顶计划”和“金太阳”工程的实施，2010年光伏安装量将延续快速增长势头。

发达国家的应用经验表明，在城市发展光伏并网发电的效果是很好的，特别是光伏与建筑相结合，可降低系统成本，同时也不占用土地，减少二氧化碳排放量，说明在城市发展光伏建筑很有价值。我国的光伏发电发展水平总体还处于示范起步阶段，目前国家和地方政府也在开展城市太阳能并网发电示范和逐步推广利用的一些项目。鉴于国家的大力支持，相信今后光伏建筑一体化系统将得到更大力度的推广。因此本产品的应用前景非常广阔。

该产品借助国网技术学院的风光储实验室建设储备了足够的技术资源，已形成产品系列。预计投产后年产值1000万元。

4.产品优势

（1）在微型逆变器、无线通信设备、智能能量管理系统方面有自主产品；

（2）在最大功率追踪方面可利用公司特有的Trust-Tech技术进行优化计算；

（3）在光伏建筑一体化方面有成熟的系统集成经验；

（4）与济南建安集团、英利集团、联能科技组成了产业联盟，能够全面应对系统的生产、安装；

（5）具有经验丰富的技术队伍，能够根据用户的要求进行改进和定制。

5.现有成果附录

项目：国网技术学院新能源实验室风力发电并网实训装置、光伏发电并网实训装置、蓄电池储能实训装置设计。