CN101841164B - 并网型发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种并网型发电系统，包括发电部件(4)、用于检测发电部件(4)的发电量的第一检测装置(1)、用于存储多余电量的储能装置、用于连通储能装置与发电部件(4)或者储能装置与并网型发电系统的电网(5)的充放电装置(6)，以及用于控制储能装置的充、放电的控制装置(2)，储能装置包括储能电池(31)和用于保护储能电池的电池保护装置，储能电池(31)和电池保护装置在控制装置的控制下充、放电。本发明所提供的储能装置具有较长的使用寿命，降低了发电系统的使用成本。

Description

并网型发电系统

技术领域

本发明涉及发电系统领域，特别是涉及一种并网型发电系统。

背景技术

随着国民经济结构的调整及居民生活用电比重的增大，以及传统能源的日益匮乏，风能和太阳能等新能源的应用越来越广泛，新能源的发电规模也快速攀升。

发电系统一般分为离网型系统和并网型系统。离网型系统与电网不相关联，独立运行，发电功率较小，主要用于无电区居民的日常生活用电或者短时的应急用电中，应用范围较为有限。并网型系统的发电机产生电能后，通过并网设备将电能并入电网，通过电网向大网用户供电。

由于风力发电和太阳能发电自身所固有的随机性和间歇性的特点，决定了上述两种发电方式的规模化发展必然会对电网调峰和系统安全运行带来极大地影响，为了保证电网的稳定性，通常需要在发电系统中连接储能装置，以便在风力发电或太阳能发电的发电量较大时存储电能，或者在发电量较小的时候释放电能，从而平衡新能源发电系统的功率输出。

然而，由于风力发电或者太阳能发电的发电部件的发电功率的波动性很大，就需要储能装置能够以较快的速度充电或者放电，即当发电部件在瞬时的发电量很大时，需要对储能装置快速充电；当发电部件在瞬时的发电量很小时，需要储能装置快速放电，而以较大的电流充电或者放电很容易对储能装置造成很大的损伤，严重影响储能装置的使用寿命，造成新能源发电的成本的增加。

因此，如何延长新能源发电系统中的储能装置的使用寿命，降低发电系统的使用成本，就成为本领域的技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种并网型发电系统，该并网型发电系统的储能装置具有较长的使用寿命，降低了发电系统的使用成本。

为解决上述技术问题，本发明提供一种并网型发电系统、包括发电部件，用于检测所述发电部件的发电量的第一检测装置、用于存储多余电量的储能装置、用于连通所述储能装置与所述发电部件或者所述储能装置与所述并网型发电系统的电网的充放电装置，以及用于控制所述储能装置的充、放电的控制装置，所述储能装置包括储能电池和用于保护所述储能电池的电池保护装置，所述储能电池和所述电池保护装置在所述控制装置的控制下充、放电；

所述电池保护装置为电容，所述电容与所述储能电池并联；

还包括导通开关，所述导通开关在所述控制装置的控制下可选择地将所述电容和所述储能电池连通或断开，以便当发电部件出现尖峰功率时，所述导通开关断开，仅由所述电容存储电能；当储能装置需要瞬时发出较大功率时，所述导通开关断开，仅由所述电容释放电能。

优选地，所述充放电装置为双向变流器。

优选地，还包括第二检测装置，用于检测所述储能装置的储存电量，并将检测结果传输至所述控制装置，所述控制装置将所述检测结果与预先存储的第一预定值以及第二预定值进行比较，当所述检测结果大于所述第一预定值时，所述控制装置控制所述储能装置停止存储电能，当所述检测结果小于所述第二预定值时，所述控制装置控制所述储能装置停止释放电能。

优选地，还包括第三检测装置，用于检测所述充放电装置的充放电的电压和电流，并将检测结果传输至所述控制装置，所述控制装置根据所述第三检测装置和所述第一检测装置的检测结果控制所述充放电装置的充放电的电压和电流。

优选地，所述储能电池的数目为至少两个。

优选地，所述电容的数目为至少两个。

优选地，所述存储电池为液流电池、钠硫电池或者锂电池。

本发明所提供的并网型发电系统，包括发电部件，第一检测装置、储能装置、充放电装置和控制装置，储能装置包括储能电池和用于保护储能电池的电池保护装置，储能电池和电池保护装置在控制装置的控制下充、放电。使用过程中，发电部件发电，并与并网型发电系统的电网连接，第一检测装置检测发电部件的发电量，并将其传给控制装置，控制装置根据预定的控制策略控制充放电装置的导通方向，并控制储能装置存、放电；当发电部件的发电量较大时，充放电装置、储能电池和电池保护装置接收控制装置的指令，存储电能，直至接收到停止存储指令，在此过程中，如果发电部件的在短时间内发出较多的电能，即出现尖峰功率时，控制装置控制电池保护装置存储电能，从而保护了储能电池，防止其受到大功率的冲击；当发电部件的发电量较小时，控制装置控制充放电装置导通储能装置和电网，储能装置放电，以补充发电部件的不足，保证并网型发电系统输出电能的稳定性，另外，当发电部件的发电量特别小，需要储能装置以较大功率放电时，控制装置控制电池保护装置放电，从而保护了储能电池。可以看出，电池保护装置可以满足快速放电充电的要求，从而减小充放电电流过大对电池造成损伤，延长电池的使用寿命，保证了并网型发电系统功率输出的稳定性。

在一种优选实施方式中，本发明所提供的电池保护装置为电容，电容与储能电池并联。电容的制造成熟，功能强大，并且瞬间充放电能力很强，因此，利用电容保护储能电池不仅可以实现减小充电电流过大对电池造成损伤，延长电池的使用寿命，保证并网型发电系统功率输出的稳定性的目的，而且可以减少成本，提高并网型发电系统的使用可靠性。

在另一种优选实施方式中，本发明所提供的并网型发电系统还包括第二检测装置，用于实时检测所述储能装置的储存电量。这样，就可以在系统的运行过程中，实时地检测储能装置所存储的电量，从而可以避免在储能电池充满的情况下，继续充电，导致电池过充，或者在储能电池电荷放完的情况下，继续放电，导致电池过放，从而保证了电池的正常工作，延长了电池的使用寿命。

在另一种优选实施方式中，本发明所提供的并网型发电系统的储能电池可以为液流电池、钠硫电池或者锂电池，上述电池具有较好的存储性能，不仅具有较高的放电深度，而且能够满足较大电流的充放电的要求，具有较长的使用寿命，从而提高了并网型发电系统的使用性能，延长了并网型发电系统的使用寿命。

附图说明

图1为本发明第一种具体实施方式所提供的并网型发电系统的结构示意图；

图2为本发明第二种具体实施方式所提供的并网型发电系统的结构示意图；

图3为本发明第三种具体实施方式所提供的并网型发电系统的结构示意图；

图4为本发明第四种具体实施方式所提供的并网型发电系统的结构示意图；

图5为本发明第五种具体实施方式所提供的并网型发电系统的结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种并网型发电系统，该并网型发电系统的储能装置具有较长的使用寿命，降低了发电系统的使用成本，并且降低了存储过程中电能的损耗。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1，图1为本发明第一种具体实施方式所提供的并网型发电系统的结构示意图。

在一种具体实施方式中，本发明所提供的并网型发电系统，包括发电部件4、第一检测装置1、充放电装置6、储能装置和控制装置2，其中储能装置包括储能电池31和用于保护储能电池31的电池保护装置，储能电池31和电池保护装置在控制装置2的控制下充、放电。

工作过程中，第一检测装置1实时地检测发电部件4的发电量，当发电部件4的发电量超出预先设定最大值时，控制装置2控制充放电装置6连通发电部件和储能电池31或者电池保护装置，并控制储能电池31或者电池保护装置储存电能，当发电部件4的发电量低于预先设定最小值时，控制装置2控制充放电装置6连通储能装置和电网，并控制储能装置释放电能，从而保证电网5供电的稳定性和安全性。

具体地，如果发电部件在短时间内发出较多的电能，即出现尖峰功率时，控制装置可以控制电池保护装置存储电能；或者，当发电部件的发电量特别小，需要储能装置瞬间以较大功率放电时，控制装置控制电池保护装置放电，从而保护了储能电池，防止其受到大功率的冲击。

可以看出，电池保护装置的设置，不仅可以保证并网型发电系统功率输出的稳定性，而且可以满足瞬间大功率快速放电充电的要求，从而减小充放电电流过大对电池造成损伤，延长电池的使用寿命。

本文所述的并网型发电系统可以配合风力发电系统、光伏发电系统，风光联合发电系统一起使用，即，发电部件4可以为风力发电机组、光伏发电装置或者是二者相结合。

具体地，上述储能电池31可以为液流电池、钠硫电池或者磷酸铁锂电池。

其中，液流电池是指利用正负极电解液分开，各自循环的一种高性能蓄电池，它不同于通常使用固体材料电极或气体电极的电池，其活性物质是流动的电解质溶液，正负极全使用钒盐溶液的称为全钒液流电池。

钠硫电池是指由熔融液态电极和固体电解质组成的储能装置，构成其负极的活性物质是熔融金属钠，构成其正极的活性物质是硫和多硫化钠熔盐，由于硫是绝缘体，所以硫一般是填充在导电的多孔的炭或石墨毡里，固体电解质兼隔膜的是一种专门传导钠离子被称为Al2O3的陶瓷材料，外壳则一般用不锈钢等金属材料。

锂离子电池是指内部主要由正极、负极、电解质及隔膜组成，正负极及电解质材料的不同和工艺的差异使电池具有不同性能的储能电池。目前市场上的锂离子电池正极材料主要是钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂以及三元材料镍钴酸锂；锂离子电池负极主要是碳材料，新的负极材料有锡基、硅基、合金基材料(钛酸锂)等。

上述各种储能电池31具有较好的存储性能，不仅具有较高的放电深度，而且能够满足较大电流的充放电的要求，具有较长的使用寿命，从而提高了并网型发电系统的使用性能，延长了并网型发电系统的使用寿命。

当然，如图1所示，电池保护装置可以具体为本发明所提供的电池保护装置电容32，电容32与储能电池31并联，并在控制装置的控制下与发电部件4连通。

电容32的制造成熟，功能强大，并且瞬间充放电能力很强，因此，利用电容32保护储能电池31不仅可以实现减小充电电流过大对电池造成损伤，延长电池的使用寿命，保证并网型发电系统功率输出的稳定性的目的，而且可以减少成本，提高并网型发电系统的使用可靠性。

具体地，上述电容32可以为超级电容，从而可以使电容32的保护作用更加明显。

请参考图2，图2为本发明第二种具体实施方式所提供的并网型发电系统的结构示意图。

在第二种具体实施方式中，本发明所提供的并网型发电系统还可以包括导通开关33，导通开关33在控制装置2的控制下可选择地将电容32和储能电池31连通或断开。

这样，控制装置就可以根据并网性发电系统的运行工况，改变电容32和储能电池31的连通情况，当需要其各自工作时，就控制导通开关33断开，否则，控制导通开关33闭合，连通电容32和储能电池31。

电容32和储能电池31通过导通开关33可选择地连通或断开，这样，当发电部件发出较大的尖峰功率，以及需要由储能装置瞬间发出较大功率时，可将开关断开，由电容吸收或释放短时的尖峰功率，避免电流密度过大对储能电池的损伤；当发电部件输出比较平稳时，可将开关连通，使存储的电能相互补充。

请参考图3，图3为本发明第三种具体实施方式所提供的并网型发电系统的结构示意图。

由于电网5中的电能和发电装置所发电能均是交流电，而储能装置所存储的电能为直流电，因此当需要将发电装置所发的电能传输至储能装置或者当需要将储能装置内的电能传输至电网5时，都需要进行转化。为此，本发明所提供的并网型发电系统包括充放电装置6，从而使储能装置通过充电装置与发电部件4相连，使储能装置通过充放电装置与电网5相连，以实现将交流电与直流电之间的转化。

具体地，减少了零件数量，在一定程度上降低了成本，上述充放电装置6可以为双向变流器61，双向变流器61可以同时实现交流电向直流电的转化以及直流电向交流电的转化。

请参考图4，图4为本发明第四种具体实施方式所提供的并网型发电系统的结构示意图。

在第四种具体实施方式中，本发明所提供的并网型发电系统还包括第二检测装置7，用于实时检测储能装置的储存电量，并将检测信号传输至控制装置2，控制装置2根据预定策略控制储能电池31的充放电，即控制装置2将检测结果与预先存储的第一预定值以及第二预定值进行比较，当检测结果大于第一预定值时，控制装置2控制储能装置停止存储电能，当检测结果小于第二预定值时，控制装置2控制储能装置停止释放电能。

这样，就可以在系统的运行过程中，实时地检测储能装置所存储的电量，从而可以避免在储能电池31充满的情况下，继续充电，导致储能电池31过充，或者在储能电池31电荷放完的情况下，继续放电，导致储能电池31过放，保证了电池的正常工作，延长了电池的使用寿命。

请参考图5，图5为本发明第五种具体实施方式所提供的并网型发电系统的结构示意图。

在第五种具体实施方式中，本发明所提供的并网型发电系统还包括第三检测装置8，用于实时检测充放电装置6的充放电的电压和电流，并将检测结果传输至控制装置2，控制装置2根据第三检测装置8和第一检测装置1的检测结果控制充放电装置6的充放电的电流和电压。这样，控制装置2对充放电装置6的控制形成了闭环控制，从而可以实时地控制充放电的功率，保证电网5中的电能的稳定性。

为了进一步扩大电池的容量，可以设置至少两个储能电池31，并将各储能电池31进行连接，这样不但可以进一步保证电网5的稳定性，而且还可以延长发电系统的总发电时间长度。各储能电池31的具体连接方式不限，可以是串联连接，也可以是并联连接，甚至是串并联相结合。

同样，也可以设置至少两个电容32，从而可以扩大电容32的容量，进一步提高了储能装置的充放电功率，提高了对储能电池31的保护作用，延长储能电池31的使用寿命。当然，各电容32的具体连接方式不限，可以是串联连接，也可以是并联连接，或者是串并联相结合。

以上对本发明所提供的并网型发电系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种并网型发电系统，包括发电部件(4)、用于检测所述发电部件(4)的发电量的第一检测装置(1)、用于存储多余电量的储能装置、用于连通所述储能装置与所述发电部件(4)或者所述储能装置与所述并网型发电系统的电网(5)的充放电装置(6)，以及用于控制所述储能装置的充、放电的控制装置(2)，其特征在于，所述储能装置包括储能电池(31)和用于保护所述储能电池的电池保护装置，所述储能电池(31)和所述电池保护装置在所述控制装置的控制下充、放电；

所述电池保护装置为电容(32)，所述电容(32)与所述储能电池(31)并联；

所述并网型发电系统还包括导通开关(33)，所述导通开关(33)在所述控制装置(2)的控制下可选择地将所述电容(32)和所述储能电池(31)连通或断开，以便当发电部件(4)出现尖峰功率时，所述导通开关(33)断开，仅由所述电容(32)存储电能；当储能装置需要瞬时发出较大功率时，所述导通开关(33)断开，仅由所述电容(32)释放电能。

2.根据权利要求1所述的并网型发电系统，其特征在于，所述充放电装置(6)为双向变流器(61)。

3.根据权利要求1所述的并网型发电系统，其特征在于，还包括第二检测装置(7)，用于检测所述储能装置的储存电量，并将检测结果传输至所述控制装置(2)，所述控制装置(2)将所述检测结果与预先存储的第一预定值以及第二预定值进行比较，当所述检测结果大于所述第一预定值时，所述控制装置(2)控制所述储能装置停止存储电能，当所述检测结果小于所述第二预定值时，所述控制装置(2)控制所述储能装置停止释放电能。

4.根据权利要求1所述的并网型发电系统，其特征在于，还包括第三检测装置(8)，用于检测所述充放电装置(6)的充放电的电压和电流，并将检测结果传输至所述控制装置(2)，所述控制装置根据所述第三检测装置(8)和所述第一检测装置(1)的检测结果控制所述充放电装置(6)的充放电的电压和电流。

5.根据权利要求1所述的并网型发电系统，其特征在于，所述储能电池(31)的数目为至少两个。

6.根据权利要求1所述的并网型发电系统，其特征在于，所述电容(32)的数目为至少两个。

7.根据权利要求1所述的并网型发电系统，其特征在于，所述储能电池(31)为液流电池、钠硫电池或者锂电池。

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