CN102522767B - 一种可调度型光伏储能并网发电系统及其工作方法 - Google Patents

一种可调度型光伏储能并网发电系统及其工作方法 Download PDF

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Abstract

一种可调度型光伏储能并网发电系统及其工作方法，所述系统包括储能介质模块、光伏储能控制器、并网逆变模块和隔离变压模块；所述储能介质模块包括超级电容模块、光伏电池阵列和电池组件；所述光伏储能控制器包括直流变换模块和主控模块。所述完成总体通信控制、光伏电池阵列最大功率追踪MPPT、电池组件充放电控制和超级电容模块充放电控制，并且完成并网的功能，大大提高了光伏电池阵列对太阳能地利用率，并从最大程度上提高了光伏电池阵列输出电能的质量，提高系统稳定性，从而提高整个光伏并网发电系统的性能。

Description

一种可调度型光伏储能并网发电系统及其工作方法
技术领域
本发明涉及太阳能光伏并网发电系统，具体涉及一种可调度型光伏储能并网发电系统及其工作方法。
背景技术
太阳能作为资源最丰富清洁的可再生能源，具有独特的优势和巨大的开发利用潜力，充分利用太阳能有利于保持人与自然的和谐及能源与环境的协调发展。人类对太阳能的早期利用主要是光和热。光伏发电技术的出现为太阳能利用开辟了广阔的领域。上世纪90年代以来，太阳能光伏发电的发展很快，已广泛用于航天、通讯、交通，以及偏远地区居民生活等领域。
太阳能利用的三个发展趋势是：太阳能从补充能源想替代能源的地位转变、太阳能发电从无电地区向有点地区发展、太阳能光伏系统从离网的独立光伏系统向光伏并网系统的发展。但目前仍有许多因素制约着户用光伏并网发电系统在我国的推广，其中之一即是光伏发电系统的成本；户用光伏并网发电系统主要由光伏电池阵列和必要的电力电子变换设备两部分组成。由于并网逆变器必须要有隔离变压器对光伏并网发电系统和电网之间进行电隔离，导致光伏发电系统造价升高，限制了光伏并网发电系统的推广。
根据光伏并网发电系统是否配置蓄电池、超级电容等带储能介质可将光伏并网发电系统分为可调度型光伏并网发电系统和不可调度型光伏并网发电系统，配置有蓄电池、超级电容等带储能介质的光伏并网发电系统为可调度型光伏并网发电系统，不配置蓄电池、超级电容等的光伏并网发电系统为不可调度型光伏并网发电系统。不可调度型光伏并网发电系统主动性差，功率波动性大，可控性低，当出现电网先点、掉电、停电等情况时不能正常供电。
由于直流母线电压是由光伏阵列与储能介质相互作用的平衡点，无法控制光伏电池阵列工作在最大发电功率点上，造成发电效率降低，能源利用率减少，电站经济运行水平低。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种可调度型光伏储能并网发电系统及其工作方法，结合该系统的直流变换模块高升压变比、高效率的特点和主控模块高速处理和控制能力可完成总体通信控制、光伏电池阵列最大功率追踪MPPT、电池组件充放电控制和超级电容模块充放电控制，并且完成并网的功能，大大提高了光伏电池阵列对太阳能地利用率，并从最大程度上提高了光伏电池阵列输出电能的质量，提高系统稳定性，从而提高整个光伏并网发电系统的性能。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种可调度型光伏储能并网发电系统，所述系统包括储能介质模块、光伏储能控制器、并网逆变模块和隔离变压模块；所述储能介质模块包括超级电容模块、光伏电池阵列和电池组件；所述光伏储能控制器包括直流变换模块和主控模块；所述直流变换模块的输入端与所述超级电容模块、光伏电池阵列和电池组件分别连接，其输出端分别与所述并网逆变模块输入端和所述主控模块输入端连接；所述并网逆变模块输出端分别与主控模块的输入端和所述隔离变压模块输入端连接，所述隔离变压模块的输出端与电网连接；所述主控模块输出端分别与所述直流变换模块和所述并网逆变模块的信号输入端连接。
所述超级电容模块设置有电容管理系统，所述光伏电池阵列设置有光伏电池管理系统，所述电池组件设置有电池管理系统。
所述电容管理系统、光伏电池管理系统和电池管理系统与所述主控模块之间通过能源状态通信线双向连接。
所述并网逆变模块、直流变换模块与所述超级电容模块、光伏电池阵列和电池组件之间都通过母线连接。
所述直流变换模块和所述主控模块之间通过控制总线连接。
所述超级电容模块的超级电容为双电层电容器，所述双层电容器由双层电极和电解质组成；所述电极为活性炭多孔电极。
所述光伏电池阵列为由晶体硅太阳能电池组件串或并联组成。
所述并网逆变模块包括逆变器和并网保护器。
一种可调度型光伏储能并网发电系统的工作方法，所述系统的工作方法包括以下几个步骤：
步骤1：判断并网条件，确定执行步骤；
步骤2：进行光伏电池阵列最大功率追踪；
步骤3：判断光伏能量是否大于需求能量，若是则执行步骤4，若否则执行步骤7；
步骤4：判断光伏能量是否大于瞬时功率波动设定值，若是则执行步骤6，若否则执行步骤5；
步骤5：电池组件充电，并执行步骤11；
步骤6：超级电容充电，并执行步骤11；
步骤7：判断光伏能量是否小于需求能量，若是则执行步骤8，若否则执行步骤11；
步骤8：判断光伏能量是否大于瞬时功率波动设定值，若是则执行步骤10，若否则执行步骤9；
步骤9：所述电池组件放电，并执行步骤11；
步骤10：所述超级电容放电，并执行步骤11；
步骤11：判断是否停机，若是则停止运行，若否则执行步骤3。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1.完成总体通信控制、光伏电池阵列最大功率追踪MPPT、电池组件充放电控制和超级电容模块充放电控制，并且完成并网的功能。
2.可调度型光伏并网发电系统主动性较强，功率波动性小，可控性高，当出现电网先点、掉电、停电等情况时仍能正常供电。
3.大大提高了光伏电池阵列对太阳能地利用率，并从最大程度上提高了光伏阵列输出电能的质量，提高系统稳定性，从而提高整个光伏并网发电系统的性能。
4.光伏电池阵列、电池组件、超级电容模块等储能介质通过直流变换模块进行并联，不与直流母线产生直接电气连接，从而实现对电池组件能量的控制，通过合理的充放电控制对电池组件进行能量管理，延长电池组件的寿命。
5.主控模块不仅可以对直流源进行监测，还能控制其直流出力大小，通过最大功率跟踪功能，使光伏电池阵列始终工作在最大功率点，提高光伏电池阵列的发电效率。
6.将超级电容模块与电池组件等多种储能介质协调控制，既提高了储能介质的寿命，又提高了光伏并网发电系统的输出电能质量。
7.适用于中高功率等级的光伏并网发电系统，将光伏发电和储能技术充分结合，实现光伏和储能的智能控制，有效提高了系统发电效率，降低损耗，延长了储能介质的使用寿命。
附图说明
图1是一种可调度型光伏储能并网发电系统总体结构框图；
图2是一种可调度型光伏储能并网发电系统连接图；
图3是储能介质经直流变换模块并联连接结构图；
图4是一种可调度型光伏储能并网发电系统的工作方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1和图2，一种可调度型光伏储能并网发电系统，所述系统包括储能介质模块、光伏储能控制器、并网逆变模块和隔离变压模块；所述储能介质模块包括超级电容模块、光伏电池阵列和电池组件；所述光伏储能控制器包括直流变换模块和主控模块；所述直流变换模块的输入端与所述超级电容模块、光伏电池阵列和电池组件分别连接，其输出端分别与所述并网逆变模块输入端和所述主控模块输入端连接；所述并网逆变模块输出端分别与主控模块的输入端和所述隔离变压模块输入端连接，所述隔离变压模块的输出端与电网连接；所述主控模块输出端分别与所述直流变换模块和所述并网逆变模块的信号输入端连接。
所述超级电容模块设置有电容管理系统，所述光伏电池阵列设置有光伏电池管理系统，所述电池组件设置有电池管理系统。超级电容模块主要突出的是容量大，功率密度高，又称法拉电容。
如图3，所述电容管理系统、光伏电池管理系统和电池管理系统与所述主控模块之间通过能源状态通信线双向连接。
所述并网逆变模块、直流变换模块与所述超级电容模块、光伏电池阵列和电池组件之间都通过母线连接。
所述直流变换模块和所述主控模块之间通过控制总线连接。
所述超级电容模块的超级电容为双电层电容器，所述双层电容器由双层电极和电解质组成；所述电极为活性炭多孔电极。
所述光伏电池阵列为由晶体硅太阳能电池组件串或并联组成，所述晶体硅太阳能电池组件为隔热隔音外墙光伏构件。
所述并网逆变模块包括逆变器和并网保护器。
该系统在保证光伏阵列最大功率输出的同时控制储能介质的出力，依据合理的充放电控制策略完成对储能介质进行充放、电管理，在满足储能能量调节的基础上，保证储能介质寿命。
系统控制功能分为：总体通信控制、光伏阵列最大功率追踪、蓄电池充放电控制和超级电容充放电控制；
1.总体通信控制主要实现是通信调度、系统状态检测、功率分配控制；
2.光伏阵列功率追踪实现光伏阵列最大发功率输出；
3.电池充放电控制根据下发的控制指令，依据合理的充放电策略，控制电池能量的输入与输出；
4.超级电容控制配合电池充放电控制，实现超级电容器的瞬时功率释放与充电。
如图4，一种可调度型光伏储能并网发电系统的工作方法，所述系统的工作方法包括以下几个步骤：
步骤1：判断并网条件，确定执行步骤；
步骤2：进行光伏电池阵列最大功率追踪；
步骤3：判断光伏能量是否大于需求能量，若是则执行步骤4，若否则执行步骤7；
步骤4：判断光伏能量是否大于瞬时功率波动设定值，若是则执行步骤6，若否则执行步骤5；
步骤5：电池组件充电，并执行步骤11；
步骤6：超级电容充电，并执行步骤11；
步骤7：判断光伏能量是否小于需求能量，若是则执行步骤8，若否则执行步骤11；
步骤8：判断光伏能量是否大于瞬时功率波动设定值，若是则执行步骤10，若否则执行步骤9；
步骤9：所述电池组件放电，并执行步骤11；
步骤10：所述超级电容放电，并执行步骤11；
步骤11：判断是否停机，若是则停止运行，若否则执行步骤3。
系统根据上层控制调度指令，优先将光伏电池阵列的功率送入母线，如此时功率不足，控制电池能量流入母线。当光伏阵列发电功率瞬时波动较大时，通过超级电容器控制，降低输出功率波动对电池组件的冲击。以超级电容器瞬时功率释放补偿功率波动，拟制电池系统的过放，延长电池使用寿命。
最后应该当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所述领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者同等替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种可调度型光伏储能并网发电系统，所述系统包括储能介质模块、光伏储能控制器、并网逆变模块和隔离变压模块；其特征在于：所述储能介质模块包括超级电容模块、光伏电池阵列和电池组件；所述光伏储能控制器包括直流变换模块和主控模块；所述直流变换模块的输入端与所述超级电容模块、光伏电池阵列和电池组件分别连接，其输出端分别与所述并网逆变模块输入端和所述主控模块输入端连接；所述并网逆变模块输出端分别与主控模块的输入端和所述隔离变压模块输入端连接，所述隔离变压模块的输出端与电网连接；所述主控模块输出端分别与所述直流变换模块的信号输入端和所述并网逆变模块的信号输入端连接；
所述超级电容模块设置有电容管理系统，所述光伏电池阵列设置有光伏电池管理系统，所述电池组件设置有电池管理系统；
所述电容管理系统、光伏电池管理系统、电池管理系统分别与所述主控模块之间通过能源状态通信线双向连接；
所述直流变换模块和所述主控模块之间通过控制总线连接；
所述超级电容模块的超级电容为双层电容器，所述双层电容器由双层电极和电解质组成；所述电极为活性炭多孔电极；
所述光伏电池阵列为由晶体硅太阳能电池组件串或并联组成；
所述并网逆变模块包括逆变器和并网保护器；
所述系统的工作方法包括以下几个步骤：
步骤1：判断并网条件，确定执行步骤；
步骤2：进行光伏电池阵列最大功率追踪；
步骤3：判断光伏能量是否大于需求能量，若是则执行步骤4，若否则执行步骤7；
步骤4：判断光伏能量是否大于瞬时功率波动设定值，若是则执行步骤6，若否则执行步骤5；
步骤5：电池组件充电，并执行步骤11；
步骤6：超级电容充电，并执行步骤11；
步骤7：判断光伏能量是否小于需求能量，若是则执行步骤8，若否则执行步骤11；
步骤8：判断光伏能量是否大于瞬时功率波动设定值，若是则执行步骤10，若否则执行步骤9；
步骤9：所述电池组件放电，并执行步骤11；
步骤10：所述超级电容放电，并执行步骤11；
步骤11：判断是否停机，若是则停止运行，若否则执行步骤3。
2.如权利要求1所述的一种可调度型光伏储能并网发电系统，其特征在于：所述并网逆变模块与直流变换模块之间通过母线连接，直流变换模块通过母线分别与所述超级电容模块、光伏电池阵列和电池组件连接。
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