CN103560577A - 一种新型光伏vrb储能混合系统的优化配置系统 - Google Patents

Abstract

一种新型光伏VRB储能混合系统的优化配置系统，其特征在于它是由光伏电池板模块、MPPT模块、DC/AC模块、LC滤波器、VRB蓄电池模块、双向直流变换器、逆变器、稳压电容器和变压器构成；其优越性在于：①可操作性强，便于实际应用；②提高充电效率并能延长蓄电池使用寿命；③追踪新能源的输出功率，优化储能设备的输出，减小储能设备的容量，系统运行高效、经济、稳定可靠。

Description

一种新型光伏VRB储能混合系统的优化配置系统

（一）技术领域

本发明属于电力系统光伏发电技术以及电力电子技术的交叉领域，特别是一种新型光伏VRB（钒电池——Vanadium Redox FlowBattery)储能混合系统的优化配置系统。

（二）背景技术

近年来，由于世界性的能源危机和传统化石燃料对环境的严重污染问题，清洁、可再生能源备受关注。此外，对于偏远的无电山区，采用新能源发电系统供电也是一可行方案。因此新能源产业得到极大关注和大力支持，其中光伏发电产业发展迅速。然而，太阳能本身具有间歇性、波动性、不可预测等缺点。因此，要高效的利用新能源，储能设备必不可少。无论太阳能富余或短缺，储能设备都能通过充放电的方式储存或释放电能来满足用户的用电需求。

目前，钒电池(VRB，Vanadium Redox Flow Battery)作为一种新型的化学电池，因具有诸多优点而得到广泛关注。众所周知，光伏发电系统，由于太阳光照的随机性，电池充电时间受限，常处于欠充状态；在发电高峰期，电池应能快速吸收电能，提高发电系统效率，这就要求快速充电。本发明提出了一种基于采用变电流间歇充电技术，结合VRB的特性，实现快速充电过程。

为解决光伏输出功率剧烈波动引起的电能质量下降和电网电压波动的问题，本发明提出了利用蓄电池平抑光伏发电系统的输出功率在不同时段内的波动的优化配置方案。在平抑功率波动过程中，提出了可变时间常数控制，实现了对储能系统充放电功率的灵活、快速控制，改善了储能系统的运行，减小了储能容量；同时提出最大输出功率限制控制保护储能运行在合理的范围。

（三）发明内容

本发明的目的在于提供一种新型光伏VRB储能混合系统的优化配置方案，实现光伏发电系统和储能系统的优化配置；它克服了原有蓄电技术的不足，实现了对储能系统充放电功率的灵活、快速控制，改善了储能系统的运行具有高效、快速、少损等优点。

本发明的技术方案：一种新型光伏VRB储能混合系统的优化配置系统，其特征在于它是由光伏电池板模块、MPPT（最大功率跟踪——Maximum Power Point Tracking）模块、DC/AC模块、LC滤波器、VRB蓄电池模块、双向直流变换器、逆变器、稳压电容器和变压器构成；其中，所述光伏电池板模块经由MPPT模块与DC/AC模块相连；所述LC滤波器的输入端连接DC/AC模块和逆变器的输出端，其输出端通过变压器连接电网；所述逆变器的输入端通过稳压电容器连接双向直流变换器的输出端；所述双向直流变换器的输入端连接VRB蓄电池模块。

所述LC滤波器由LCg滤波器和LCf滤波器构成；所述LCg滤波器有电感Lg和电容Cg构成，所述电感Lg的一端连接DC/AC模块的输出端，其另一端通过变压器连接电网，同时通过电容Cg接地；所述LCf滤波器有电感Lf和电容Cf构成，所述电感Lf的一端连接逆变器的输出端，其另一端通过变压器连接电网，同时通过电容Cf接地。

所述变压器由变压器T1和变压器T2构成；其中LCg滤波器和LCf滤波器分别通过变压器T1和变压器T2连接电网。

一种新型光伏VRB储能混合系统的优化配置系统的工作方法，其特征在于它包括以下步骤：

⑴光伏电池板接受太阳能并转换为电能，直流电经DC/AC逆变器处理之后再经滤波器滤波，随后馈入大电网。在电能富裕时，将电能储存在VRB蓄电池；

⑵VRB蓄电系统接受光伏系统输入的电能并加以储存，当光伏系统输出功率跌落交大时，由VRB蓄电系统向大电网馈送电能，补偿能量空缺；

⑶光伏发电系统和VRB蓄电系统结合使用，经合理优化配置，抑制功率波动。

本发明的工作原理：

(1)优化配置原理(见图2)：采用蓄电池平抑光伏发电系统几分钟至几小时内的的输出功率波动，使得最后电网的总输入功率平稳。利用电力稳定化目标值和光伏发电系统输出的差值，生成波动成分的反相波形的充放电指令ΔP′，指令值经过最大功率限制控制环节后，发给蓄电池。蓄电池按照此指令通过充放电发出或者吸收功率，使得合成总功率相对平滑，使得最终输入到电网的功率满足并网要求。

当输出波动较大时，需要储能装置对输出进行的补偿也大，所以需增大时间常数后再进行稳定化控制。当输出波动较小时，需缩短时间常数，将电力补偿限制在允许的最低限值，这样既提高了风力发电机输出的稳定化目标值的追踪性，又节省了补偿电力。因此，蓄电池的时间常数设计成与充放电指令呈正比关系：

$T_f=\left\{\begin{array}{c}{T}_{f\_\min },C\left|\mathrm{\&Delta;P}\right|\&le;T_{f\_\min }\\ C\left|\mathrm{\&Delta;P}\right|,T_{f\_\min }<C\left|\mathrm{\&Delta;P}\right|<T_{f\_\max }\\ T_{f\_\max },C\left|\mathrm{\&Delta;P}\right|\&GreaterEqual;T_{f\_\max }\end{array}\right.$

式中：T_f为蓄电池滤波环节的惯性时间常数；ΔP为蓄电池的充放电指令值；C为控制参数。一般蓄电池用于平抑几分钟到几十分钟内的功率波动。

(2)VRB优化蓄电原理(见图3)：变电流间歇充电电压、电流曲线如图2所示。首段采用较大的电流充电一段时间，当充电电压达到截止电压后，停止充电一段时间，然后再按某种规律减小下阶段充电电流继续充电。当充电电压再次达到截止电压时，又停止充电一段时间，如此往复几次(通常取四次)将充电电流减小到合适值。最后段采用该合适的充电电流充电至截止电压，结束整个充电过程。

本发明的优越性在于：①可操作性强，便于实际应用；②采用新型充电蓄电池，实现快速充电，提高充电效率并能延长蓄电池使用寿命；③通过采用可变时间常数控制，实现了在保证光伏发电系统技术指标的前提下，尽量追踪新能源的输出功率，优化储能设备的输出，减小储能设备的容量，最终达到整个系统的高效、经济、稳定可靠。

（四）附图说明

图1为本发明所涉一种新型光伏VRB储能混合系统的优化配置系统的总体结构图。

图2为本发明所涉一种新型光伏VRB储能混合系统的优化配置系统的功率波动抑制策略。

图3为本发明所涉一种新型光伏VRB储能混合系统的优化配置系统的变电流间歇充电曲线。

（五）具体实施方式：

实施例：一种新型光伏VRB储能混合系统的优化配置方案（见图1），其特征在于它是由光伏电池板模块、MPPT模块、DC/AC模块、LC滤波器、VRB蓄电池模块、双向直流变换器、逆变器、稳压电容器和变压器构成；其中，所述光伏电池板模块经由MPPT模块与DC/AC模块相连；所述LC滤波器的输入端连接DC/AC模块和逆变器的输出端，其输出端通过变压器连接电网；所述逆变器的输入端通过稳压电容器连接双向直流变换器的输出端；所述双向直流变换器的输入端连接VRB蓄电池模块。

所述LC滤波器由LCg滤波器和LCf滤波器构成；所述LCg滤波器有电感Lg和电容Cg构成，所述电感Lg的一端连接DC/AC模块的输出端，其另一端通过变压器连接电网，同时通过电容Cg接地；所述LCf滤波器有电感Lf和电容Cf构成，所述电感Lf的一端连接逆变器的输出端，其另一端通过变压器连接电网，同时通过电容Cf接地。

所述变压器由变压器T1和变压器T2构成；其中LCg滤波器和LCf滤波器分别通过变压器T1和变压器T2连接电网。

一种新型光伏VRB储能混合系统的优化配置系统的工作方法，其特征在于它包括以下步骤：

⑴光伏电池板接受太阳能并转换为电能，直流电经DC/AC逆变器处理之后再经滤波器滤波，随后馈入大电网。在电能富裕时，将电能储存在VRB蓄电池；

⑵VRB蓄电系统接受光伏系统输入的电能并加以储存，当光伏系统输出功率跌落交大时，由VRB蓄电系统向大电网馈送电能，补偿能量空缺；

⑶光伏发电系统和VRB蓄电系统结合使用，经合理优化配置，抑制功率波动。

Claims (4)

1.一种新型光伏VRB储能混合系统的优化配置系统，其特征在于它是由光伏电池板模块、MPPT（最大功率跟踪——Maximum PowerPointTracking）模块、DC/AC模块、LC滤波器、VRB蓄电池模块、双向直流变换器、逆变器、稳压电容器和变压器构成；其中，所述光伏电池板模块经由MPPT模块与DC/AC模块相连；所述LC滤波器的输入端连接DC/AC模块和逆变器的输出端，其输出端通过变压器连接电网；所述逆变器的输入端通过稳压电容器连接双向直流变换器的输出端；所述双向直流变换器的输入端连接VRB蓄电池模块。

2.根据权利要求1所述一种新型光伏VRB储能混合系统的优化配置方案，其特征在于所述LC滤波器由LCg滤波器和LCf滤波器构成；所述LCg滤波器有电感Lg和电容Cg构成，所述电感Lg的一端连接DC/AC模块的输出端，其另一端通过变压器连接电网，同时通过电容Cg接地；所述LCf滤波器有电感Lf和电容Cf构成，所述电感Lf的一端连接逆变器的输出端，其另一端通过变压器连接电网，同时通过电容Cf接地。

3.根据权利要求1所述一种新型光伏VRB储能混合系统的优化配置方案，其特征在于所述变压器由变压器T1和变压器T2构成；其中LCg滤波器和LCf滤波器分别通过变压器T1和变压器T2连接电网。

4.一种新型光伏VRB储能混合系统的优化配置系统的工作方法，其特征在于它包括以下步骤：

⑴光伏电池板接受太阳能并转换为电能，直流电经DC/AC逆变器处理之后再经滤波器滤波，随后馈入大电网。在电能富裕时，将电能储存在VRB蓄电池；

⑵VRB蓄电系统接受光伏系统输入的电能并加以储存，当光伏系统输出功率跌落交大时，由VRB蓄电系统向大电网馈送电能，补偿能量空缺；

⑶光伏发电系统和VRB蓄电系统结合使用，经合理优化配置，抑制功率波动。

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