CN103855790A - 具有储能功能的智能光伏发电系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种具有储能功能的智能光伏发电系统及控制方法，其中智能光伏发电系统包括太阳能电池模块、光伏逆变器模块、储能电池模块、智能功率合成模块、智能控制模块，所述太阳能电池模块输出端连接储能电池模块的信号输入端，太阳能电池模块与储能电池模块的信号输出端分别通过智能功率合成模块连接光伏逆变器模块的信号输入端，光伏逆变器模块的信号输出端连接用电负载，用电负载还连接外部市电；智能控制模块分别控制连接太阳能电池模块、储能电池模块、外部电网与用电负载的接通。本发明的发电系统结构简单，能够为负载提供可靠的驱动，并保证对能源的充分利用。本发明的发电系统适用于各种利用太阳能发电的家用发电系统。

Description

具有储能功能的智能光伏发电系统及其控制方法

技术领域

本发明属于太阳能发电领域，尤其涉及太阳能并网发电，具体地说是一种具有储能功能的智能光伏发电系统及其控制方法。

背景技术

太阳能作为能够经转化后最终为家庭生活和工业生产提供电能供给的新能源，具有安全、绿色、环保的特点，其广泛应用能为环境保护作出贡献。

太阳能发电系统的应用在不断进步，太阳能的应用在初期是首先利用太阳能电池在太阳光下进行储能，之后将储存的能量通过再供给给负载进行运转。这期间用于将太阳能转换成可利用电能的时间长，同时由于太阳能蓄电池本身构成的局限性，导致对太阳能的利用不够充分。

针对上述的不足，现有的太阳能发电系统已经可以将太阳能直接并入市电的电网中，不仅缩短了将太阳能转化成电能的时间、能够更加充分地利用太阳能，同时减少了寿命不长的太阳能蓄电池装置的使用量，间接降低了成本，将千瓦级的太阳能直接并入市电电网的设备已被国内外广泛应用。

但是，目前太阳能发电系统没有被广泛应用于我国普通家庭中，其原因为：在我国，居民用电通常是将220V的市电由10KV的中压供电变成相电送至居民独立用户，一般情况每相的最大输出功率在100—500KW之间，而现有可使用的太阳能发电系统其发电能力在500—5000W之间，因此，上网发电其实在政策和管理上很难协调。基于上述原因，我国国产的太阳能电池产量已占世界总产能的70%，但国产太阳能电池中90%用于出口，自用比例不足10%，导致利用自己国家的能源做出发明创造而供其他国家使用。

而为了令太阳能发电系统能够与市电相协调，目前的太阳能发电系统采用二级全桥逆变并网系统，其以结构简单、对太阳能能量的转换彻底等优势而备受重视。它的工作原理为：通过升压变换器将太阳能电池的直流电压升压至满足要求的高电压后输出，再将该高电压通过核心逆变器进行直流到交流的逆变，最终将直流电流转换成在相位、频率上均满足要求的正弦波交流电，驱动负载正常工作，而且不会对市电网络造成噪声谐波污染。

但是，大多数的太阳能并网发电系统是将太阳能转换后的电能直接并入到市电网络中，驱动负载工作。而由于负载的运行数量不一定，因此，当遇到负载工作所需要的驱动能源不是太大时，并入市电网络中的太阳能就不会被应用到，或者应用的很少，最终导致太阳能不能被充分利用而造成能源浪费。

发明内容

为了解决上述的问题，本发明提供了一种具有储能功能的智能光伏发电系统，能够将由太阳能转换成的并入市电网络中的电能中居民未使用的部分进行存储，当负载加大而需要大量的驱动能源时，可以自动控制存储的能量，甚至电网中的电能来驱动负载工作，达到能源利用的最大化；

本发明的另外一个目的，是提供一种上述具有储能功能智能光伏发电系统的控制方法，该控制方法可以根据负载的消耗功率的大小，控制太阳能电池模块、储能模块，以及市电网络进行合理组合来驱动负载工作，保证太阳能的充分利用。 

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种具有储能功能的智能光伏发电系统，包括通过太阳能进行发电的太阳能电池模块、光伏逆变器模块、储能电池模块、智能功率合成模块、智能控制模块，所述太阳能电池模块的多余电能输出端连接储能电池模块的信号输入端，太阳能电池模块与储能电池模块的信号输出端分别通过智能功率合成模块连接光伏逆变器模块的信号输入端，光伏逆变器模块的信号输出端连接用电负载，同时用电负载还连接外部市电；智能控制模块分别通过采集的用电负载的用电功率、太阳能电池模块的输出功率、储能电池模块的输出功率，控制太阳能电池模块、储能电池模块、外部电网与用电负载的接通。

作为对智能控制模块的限定，所述智能控制模块包括：

作为控制中心的智能功率管理控制单元；

用于采集用电负载用电功率信息、太阳能电池模块即时输出的最大功率信息、储能电池模块的最大输出功率信息，以及外部电网功率信息的检测机构，所述检测机构的信号输入端分别连接负载供电线路、太阳能电池模块输出线路、储能电池模块输出线路，信号输出端连接智能功率管理控制单元；

用于驱动储能电池模块、外部市电对负载进行供电的驱动机构，所述驱动机构接收智能功率管理控制单元输出的控制信号，其信号输出端分别控制连接储能电池模块与外部电网对负载的供电线路。

作为对太阳能电池模块的限定：所述太阳能电池模块包括太阳能输出升压电路，所述太阳能输出升压电路包括第一功率管，所述第一功率管的漏极通过第一电感连接太阳能电池模块的正极，同时还通过第一二极管与第一电容器的串联电路连接自身的源极，而第一功率管的源极通过第一采样电阻连接太阳能电池模块的负极，同时太阳能电池模块的正极与太阳能电池模块的负极之间还串接有第二电容器；第一电容器两端的电压则作为太阳能输出升压电路的输出电压传送至后一级电路。

作为对储能电池模块的限定：所述储能电池模块包括储能电池升压电路，所述储能电池升压电路包括第二功率管，所述第二功率管的漏极通过第二电感连接储能电池模块的正极，同时还通过第二二极管与第三电容器的串联电路连接自身的源极；第二功率管的源极通过第二采样电阻连接储能电池模块的负极，在储能电池模块的正负极之间还串接有第四电容器，所述第三电容器两端的输出电压作为储能电池升压电路的输出电压。

作为对智能功率合成模块的限定：所述智能功率合成模块包括第一场效应管与第二场效应管，所述第一场效应管的漏极连接太阳能输出升压电路的输出电压的正极，源极通过第三二极管与第六二极管的串联电路连接太阳能输出升压电路的负极；第二场效应管的漏极连接储能电池升压电路的输出电压的正极，源极通过第四二极管与第五电容器、第五二极管的串联电路连接储能电池升压电路的输出电压的负极，同时还通过第四二极管与第六二极管的串联电路连接太阳能输出升压电路的输出电压的负极，所述第五电容器两端的电压作为智能功率合成模块的输出电压。

作为对光伏逆变器模块的限定：所述光伏逆变器模块包括第四功率管至第七功率管构成的逆变桥电路，所述逆变桥电路的一端通过第三电感与第三功率管的串联电路连接智能功率合成模块的输出电压的正极，另一端通过第四电感与第十一二极管的串联电路连接智能功率合成模块的输出电压的负极，同时第三功率管的漏极还通过第六电容器连接桥型电路中与第四电感相连接的一端，逆变桥电路与第三电感相连接的一端还通过第七电容器连接第四电感与第十一二极管连接的中间节点。

本发明还提供了一种具有储能功能的智能光伏发电系统的控制方法，它包括以下步骤：

（一）数据采集：智能控制模块实时采集用电负载的用电功率PL、太阳能电池模块的即时最大输出功率PS、储能电池模块的最大输出功率PC；

（二）数据分析： 智能控制模块将采集到的数据信息进行分析比对；

（三）控制处理：智能控制模块根据数据分析的结果，控制为负载供电的模块具体为太阳能电池模块，或太阳能电池模块与储能模块的组合，或者太阳能电池模块、储能模块与市电网络三者的组合。

作为对上述方法的限定：所述步骤（二）中对数据进行分析比对的结果，为以下①②之一：

①太阳能电池模块的即时输出最大功率大于用电负载的用电功率，即PS>PL,为以下情形a、b之一:

a)太阳能电池模块的即时输出最大功率与用电负载的用电功率之差大于储能电池模块的最大输出率,即PS-PL>PC；

b)太阳能电池模块的即时输出最大功率与用电负载的用电功率之差小于储能电池模块的最大输出率,即PS-PL<PC；

② 太阳能电池模块的即时输出最大功率小于用电负载的用电功率，即PS<PL,为以下情形c、d、e之一:

c)储能电池模块的最大输出功率不为零时, 用电负载的用电功率与太阳能电池模块的即时输出最大功率之差小于储能电池模块的最大输出率,即PC≠0且PL-PS<PC；

d)储能电池模块的最大输出功率不为零时, 用电负载的用电功率与太阳能电池模块的即时输出最大功率之差大于储能电池模块的最大输出率,即PC≠0且PL-PS>PC；

e)储能电池模块的最大输出功率为零时,即PC=0。

作为对上述方法的进一步限定，所述步骤（三）中智能控制模块的控制处理结果为以下情形之一：

当对数据分析的结果为a)时，智能控制模块控制太阳能电池模块为负载供电，同时将多余的电量储存在储能电池模块内，再多余的电量并入到外部电网中；

当对数据分析的结果为b)时，智能控制模块控制太阳能电池模块为负载供电，同时将多余的电量储存在储能电池模块内；

当对数据分析的结果为c)时，智能控制模块控制太阳能电池模块为负载供电，不足的电量由储能电池模块提供；

当对数据分析的结果为d)时，智能控制模块控制太阳能电池模块为负载供电，不足的电量由储能电池模块提供，再不足的电量由外部电网提供；

当对数据分析的结果为e)时，智能控制模块控制太阳能电池模块为负载供电，不足的电量直接由外部电网提供。

作为对上述方法的更进一步限定，所述步骤（二）与（三）之间设有设有步骤（二）′，即：

（二）′检测外部电网带电情况：如果外部电网没电，则控制外部电网不与具有储能功能的智能光伏发电系统接通，智能光伏发电系统单独工作，此时对于采集数据的比对及控制包括：

太阳能电池模块的即时输出最大功率大于用电负载的用电功率，即PS>PL时，多余的太阳能会存储到储能电池模块内，再多余的电能则不会传送给外部；

太阳能电池模块的即时输出最大功率小于用电负载的用电功率，即PS<PL时, 包括以下情形c1、d1、e1之一:

c1)储能电池模块的最大输出功率不为零时, 用电负载的用电功率与太阳能电池模块的即时输出最大功率之差小于储能电池模块的最大输出率,即PC≠0且PL-PS<PC，由太阳能电池模块与储能电池模块共同为用电负载供电；

d1）储能电池模块的最大输出功率不为零时, 用电负载的用电功率与太阳能电池模块的即时输出最大功率之差大于储能电池模块的最大输出率,即PC≠0且PL-PS>PC，此时电量不足，智能控制模块控制光伏发电系统停止工作；

e1)储能电池模块的最大输出功率为零时,即PC=0，此时电量不足，智能控制模块控制光伏发电系统停止工作。

由于采用了以上技术方案，本发明可以达到如下的技术效果：

本发明的发电系统设置有储能电池模块和智能控制模块，其中的智能控制模块在系统工作时可实时检测太阳能电池模块的即时输出最大功率、储能模块的输出功率，以及用电负载的消耗功率，并将三者进行组合比对，确定具体由太阳能电池模块单独、或者太阳能电池模块与储能电池模块组合，或者太阳能电池模块与外部电网组合，还是由太阳能电池模块、储能电池模块、外部电网三者的组合为用电负载供电，在保证令负载正常运行的同时，能够将多余的太阳能储到储能模块中或提供给外部电网，实现对太阳能的充分利用。

综上所述，本发明的发电系统结构简单，能够为负载提供可靠的驱动，并保证对能源的充分利用；本发明的控制方法能够控制前述的发电系统在太阳能电池模块、储能模块、市电网络中选择相应的模块或组合驱动负载，保证太阳能的充分利用。

    本发明的发电系统适用于各种利用Z源变换控制器进行太阳能发电的家用发电系统，本发明的控制方法能够实现对本发明的发电系统进行控制。

附图说明

图1是本发明实施例一的原理框图；

图2是本发明实施例一中设有检测模块的太阳能输出升压电路的电路原理图；

图3是本发明实施例一中设有检测模块的储能电池升压电路的电路原理图；

图4是本发明实施例一中太阳能电池模块与储能电池模块经智能功率合成模块组合后供电的电路原理图； 

图5是本发明实施例一中光伏逆变模块一个具体方式的电路原理图；

图6是本发明实施例一中光伏逆变模块另一个具体方式的电路原理图；

图7是本发明实施例一中智能控制模块的原理框图；

图8是本发明实施例一智能光伏发电系统控制方法的逻辑图；

图9是本发明实施例二的流程框图。

具体实施方式

实施例一  一种具有储能功能的智能光伏发电系统

本实施例为一种具有储能功能的智能光伏发电系统，如图1所示，它包括： 

（1）太阳能电池模块，能够利用太阳能进行发电。

本实施例中的太阳能电池模块选用现有技术中的太阳能电池板，而为了保证输出的电压符合用电负载的要求，本实施例的太阳能电池模块设有太阳能输出升压电路，其具体结构如图2所示，包括第一功率管Q1，第一功率管Q1的漏极通过第一电感L1连接太阳能电池的正极，同时还通过第一二极管D1与第一电容器C1的串联电路连接自身的源极，而第一功率管Q1的源极通过第一采样电阻R1连接太阳能电池的负极；在太阳能电池的正负极之间还串接有第二电容器C2，第一电容器C1两端的电压则作为太阳能输出升压电路的输出电压V1传送至后一级电路。

（2）储能电池模块，当太阳能电池模块发出的电能大于用电负载消耗的电能时，将多余的电能存储起来，所述储能电池模块的信号输入端通过智能充电模块连接太阳能电池模块。

本实施例中的储能电池模块采用现有技术中的蓄电池，还可以采用超级电容器，或者两者的组合。本实施例中的储能电池模块设置有储能电池升压电路，所述储能电池升压电路如图3所示，包括第二功率管Q2，第二功率管Q2的漏极通过第二电感L2连接储能电池Vb的正极，同时还通过第二二极管D2与第三电容器C3的串联电路连接自身的源极；第二功率管Q2的源极通过第二采样电阻R2连接储能电池的负极，在储能电池的正负极之间还串接有第四电容器C4，第三电容器C3两端的输出电压作为储能电池升压电路的输出电压。

(3) 智能功率合成模块，当用电负载需要太阳能电池模块与储能电池模块共同提供电能时，智能功率合成模块将太阳能电池模块发出的电能与储能电池模块的电能进行处理合成后传送出去。

智能功率合成模块如图4所示，包括第一场效应管M1与第二场效应管M2。

第一场效应管M1的漏极连接太阳能输出升压电路的输出电压V1的正极，源极通过第三二极管D3与第六二极管D6的串联电路连接太阳能输出升压电路V1的负极；第二场效应管M2的漏极连接储能电池升压电路的输出电压Vb的正极，源极通过第四二极管D4与第五电容器C5、第五二极管D5的串联电路连接储能电池升压电路的输出电压的Vb负极，同时还通过第四二极管D4、第六二极管D6的串联电路连接太阳能输出升压电路V1的输出电压的负极，所述第五电容器C5两端的电压作为智能功率合成模块的输出电压。

（4）光伏逆变器模块，用于将智能功率合成模块输出的电能转换成适于用电负载使用的电能，而在具体使用过程中，根据智能功率合成模块输出电压的不同，对于光伏逆变器模块的结构要求也不同，例如，当智能功率合成模块输出的电压为低电压时，即输出的VZ<220V时，需要对智能功率合成模块输出的电压升压后才能供负载使用，因此光伏逆变器模块采用Z源逆变器模块，其具体结构如图5所示，包括由第四功率管Q4至第七功率管Q7构成的逆变桥电路。

逆变桥电路的一端通过第三电感L3与第三功率管Q3的串联电路连接智能功率合成模块的输出电压VZ的正极，另一端通过第四电感L4与第十一二极管D11的串联电路连接智能功率合成模块的输出电压VZ的负极，同时第三功率管Q3的漏极还通过第六电容器C6连接桥型电路中与第四电感L4相连接的一端，逆变桥电路与第三电感L3相连接的一端还通过第七电容器C7连接第四电感L4与第十一二极管D11的中间节点。

而第四功率管Q4至第七功率管Q7构成的桥型逆变电路的具体连接如图5，第四功率管Q4的漏极连接第三电感L3，同时还通过第七二极管D7连接自身的源极，第四功率管Q4的源极连接第五功率管Q5的漏极，第五功率管Q5的源极连接第四电感L4，同时第五功率管Q5的漏极还通过第八二极管D8连接自身的源极；第六功率管Q6的漏极连接第四功率管Q4的漏极，同时还通过第九二极管D9连接自身的源极，第六功率管Q6的源极连接第七功率管Q7的漏极，第七功率管Q7的源极连接第五功率管Q5的源极，同时第七功率管Q7的漏极还通过第十二极管D10连接自身的源极，而第六功率管Q6源极、第七功率管Q7连接的中间节点与第四功率管Q4、第五功率管Q5连接的中间节点相连接。

而如果智能功率合成模块输出的电压VZ>220V时，不需要进行升压处理，可以直接降压到市电即可，具体电路如图6所示：由第四功率管Q4至第七功率管Q7构成的逆变桥电路。

逆变桥电路的一端通过第三功率管Q3连接智能功率合成模块的输出电压VZ的正极，另一端第十一二极管D11的串联电路连接智能功率合成模块的输出电压VZ的负极。

而第四功率管Q4至第七功率管Q7构成的桥型逆变电路的具体连接如图5，第四功率管Q4的漏极连接第三电感L3，同时还通过第七二极管D7连接自身的源极，第四功率管Q4的源极连接第五功率管Q5的漏极，第五功率管Q5的源极连接第四电感L4，同时第五功率管Q5的漏极还通过第八二极管D8连接自身的源极；第六功率管Q6的漏极连接第四功率管Q4的漏极，同时还通过第九二极管D9连接自身的源极，第六功率管Q6的源极连接第七功率管Q7的漏极，第七功率管Q7的源极连接第五功率管Q5的源极，同时第七功率管Q7的漏极还通过第十二极管D10连接自身的源极，而第六功率管Q6源极、第七功率管Q7连接的中间节点与第四功率管Q4、第五功率管Q5连接的中间节点相连接。

（5）智能控制模块，如图7所示，包括：

①智能功率管理控制单元

智能功率管理控制单元作为控制中心，本实施例采用MPPT控制器作为智能功率管理控制单元。

②检测机构

检测机构用于采集用电负载用电功率信息、太阳能电池模块即时输出的最大功率信息、储能电池模块的最大输出功率信息，以及外部电网功率信息。

检测机构的信号输入端分别连接负载供电线路、太阳能电池模块输出线路、储能电池模块输出线路，信号输出端连接智能功率管理控制单元。

本实施例中检测机构包括对太阳能输出升压电路进行信息采集的第一采集机构，以及对储能电池升压电路进行信息采集的第二采集机构。

第一采集机构如图2所示，包括对第一采样电阻R1进行电流采样的第一电流采样器，以及对第一电感L1与第一采样电阻R1之间的电压进行采集的第一电压采样器。第一电流采样器与第一电压采样器采集的信号输出给第一A/D变换器，进行A/D变换后输出给MPPT控制器。

第二采集机构如图3所示，包括对第二采样电阻R2进行电流采样的第二电流采样器，以及对第二电感L2与第二采样电阻R2之间的电路电压进行采集的第二电压采样器。第二电流采样器与第二电压采样器采集的信号输出给第二A/D变换器，进行A/D变换后通过设备DSP控制中心输出给MPPT控制器。

此外，本实施例中的检测机构还设有对用电负载进行功率采集的用电负载功率检测与反馈模块，所述用电负载功率检测与反馈模块的信号输出端连接智能功率控制模块的信号输入端。

③驱动机构

驱动机构用于驱动储能电池模块、外部市电对负载进行供电。驱动机构接收智能功率管理控制单元输出的控制信号，其信号输出端分别控制连接储能电池模块与外部电网对负载的供电线路。具体控制为设备DSP控制中心输出多路功率管变换和控制脉冲给外部的多路隔离型功率器件开关驱动模块，由多路隔离型功率器件开关驱动模块分别控制储能电池模块、智能功率合成模块、光伏逆变器模块。

本实施例的具体工作原理如图8所示：无外网来电时，第四开关K4是断开的，本实施例为完全独立的一逆变控制系统，由给定参考信号经外环 PI 调节器处理后，由内环控制得一组SPWM信号得到所要求的标准交流电弦输出电压，再闭合第二开关K2、第三开关K3，对输出的电压/电流进行采样，采样后第一开关K1的动触点接通第一静触点A1，经预测控制算法后作为有效值计算同时与给定参考信号的有效值进行比较，得到的误差信号经内环 PI 调节器处理后的输出作为内环参考正弦波的幅值，这个幅值乘以与太阳能电池模块的供电压同频同相的单位正弦波后作为内环给定信号，内环给定信号与输出电压/电流瞬时值进行比较，得到的误差信号经内环 PI调节器运算处理后，得到内环的控制信号；最后这个控制信号被送入 PWM 发生器，与三角载波调制比较后产生的 PWM 信号，经驱动电路隔离、放大后，再产生Vgs6--Vgs9的相互隔离信号驱动相应的功率开关器件 。

当有来电时，第四开关K4是闭合的，控制方式采用有效值外环、瞬时值内环的控制方法。当逆变器未接入电网时，第二开关K2断开，逆变器工作在电压闭环状态，第一开关K1的动触点接至第二静触点A2，以逆变电压作为受控对象，逆变器的输出电压为正弦波，输出电压几乎不受输出电流的影响，通过数字锁相环技术保证输出电压与电网电压同频同相同幅，减少逆变器并网时对电网的冲击；当逆变器并网运行时，即第二开关K2闭合时，逆变器工作在电流闭环状态，第一开关K4的动触点接至第一静触点A1，以输出电流作为受控对象，输出电压略高于电网电压，通过数字锁相环技术保证输出电流与电网电压同频同相，当电流环建立起来稳定后第三开关3K闭合；即逆变器的输出电压、电流的有效值（RMS）组成控制外环，输出波形构成逆变器的内环，双闭环的控制结构同时保证了输出电压、电流的幅值与波形满足设计要求，并且具有带负载能力强，动态响应速度快的优点，可实现零电流并网，从而能取得很好的控制效果。

实施例二  一种具有储能功能的智能光伏发电系统的控制方法

本实施例提供了一种具有储能功能的智能光伏发电系统的控制方法，其是对于实施例一中并网发电系统的控制，它如图9所示包括以下步骤：

（一）数据采集：智能控制模块实时采集用电负载的用电功率PL、太阳能电池模块的即时最大输出功率PS、储能电池模块的最大输出功率PC；

（二）数据分析： 智能控制模块将采集到的数据信息进行分析比对，由于本实施例中对于数据的采集包括三种，而根据实际情况，本实施例中对于数据的比较分析包括以下几种：

①太阳能电池模块的即时输出最大功率大于用电负载的用电功率，即PS>PL,这其中还包括:

a)太阳能电池模块的即时输出最大功率与用电负载的用电功率之差大于储能电池模块的最大输出率,即PS-PL>PC；

b)太阳能电池模块的即时输出最大功率与用电负载的用电功率之差小于储能电池模块的最大输出率,即PS-PL<PC；

② 太阳能电池模块的即时输出最大功率小于用电负载的用电功率，即PS<PL,这其中还包括:

c)储能电池模块的最大输出功率不为零时, 用电负载的用电功率与太阳能电池模块的即时输出最大功率之差小于储能电池模块的最大输出率,即PC≠0且PL-PS<PC；

d)储能电池模块的最大输出功率不为零时, 用电负载的用电功率与太阳能电池模块的即时输出最大功率之差大于储能电池模块的最大输出率,即PC≠0且PL-PS>PC；

e)储能电池模块的最大输出功率为零时,即PC=0。

（三）控制处理：智能控制模块根据数据分析的结果，控制为负载供电的模块具体为太阳能电池模块，还是太阳能电池模块与储能模块的组合，或者太阳能电池模块、储能模块、市电网络三者的组合。具体的组合为：

当对数据分析的结果为a)时，智能控制模块控制太阳能电池模块为负载供电，同时将多余的电量储存在储能电池模块内，再多余的电量并入到外部电网中；

当对数据分析的结果为b)时，智能控制模块控制太阳能电池模块为负载供电，同时将多余的电量储存在储能电池模块内；

当对数据分析的结果为c)时，智能控制模块控制太阳能电池模块为负载供电，不足的电量由储能电池模块提供；

当对数据分析的结果为d)时，智能控制模块控制太阳能电池模块为负载供电，不足的电量由储能电池模块提供，再不足的电量由外部电网提供；

当对数据分析的结果为e)时，智能控制模块控制太阳能电池模块为负载供电，不足的电量直接由外部电网提供。

此外，由于本实施例与外部电网有联系，因此，在步骤（二）、（三）之间还设有设有步骤（二）′，即：

（二）′检测外部电网带电情况：如果外部电网没电，则控制外部电网不与具有储能功能的智能光伏发电系统接通，智能光伏发电系统单独工作，此时对于采集数据的比对及控制包括：

太阳能电池模块的即时输出最大功率大于用电负载的用电功率，即PS>PL时，多余的太阳能会存储到储能电池模块内，再多余的电能则不会传送给外部电网；

太阳能电池模块的即时输出最大功率小于用电负载的用电功率，即PS<PL时,包括为以下情形c1、d1、e1之一:

c1)储能电池模块的最大输出功率不为零时, 用电负载的用电功率与太阳能电池模块的即时输出最大功率之差小于储能电池模块的最大输出率，即PC≠0且PL-PS<PC，由太阳能电池模块与储能电池模块共同为用电负载供电；

d1)储能电池模块的最大输出功率不为零时, 用电负载的用电功率与太阳能电池模块的即时输出最大功率之差大于储能电池模块的最大输出率，即PC≠0且PL-PS>PC，此时电量不足，智能控制模块控制光伏发电系统停止工作；

e1)储能电池模块的最大输出功率为零时，即PC=0，此时电量不足，智能控制模块控制光伏发电系统停止工作。

Claims (10)

1.一种具有储能功能的智能光伏发电系统，它包括通过太阳能进行发电的太阳能电池模块，光伏逆变器模块，其特征在于它还包括储能电池模块、智能功率合成模块、智能控制模块，其中：

所述太阳能电池模块的多余电能输出端连接储能电池模块的信号输入端，太阳能电池模块与储能电池模块的信号输出端分别通过智能功率合成模块连接光伏逆变器模块的信号输入端；

光伏逆变器模块的信号输出端连接用电负载，同时用电负载还连接外部市电；

智能控制模块分别通过采集的用电负载的用电功率、太阳能电池模块的输出功率、储能电池模块的输出功率，控制太阳能电池模块、储能电池模块、外部电网与用电负载的接通。

2.根据权利要求1所述的具有储能功能的智能光伏发电系统，其特征在于所述智能控制模块包括：

作为控制中心的智能功率管理控制单元；

用于采集用电负载用电功率信息、太阳能电池模块即时输出的最大功率信息、储能电池模块的最大输出功率信息，以及外部电网功率信息的检测机构，所述检测机构的信号输入端分别连接负载供电线路、太阳能电池模块输出线路、储能电池模块输出线路，信号输出端连接智能功率管理控制单元；

用于驱动储能电池模块、外部市电对负载进行供电的驱动机构，所述驱动机构接收智能功率管理控制单元输出的控制信号，其信号输出端分别控制连接储能电池模块与外部电网对负载的供电线路。

3.根据权利要求1或2所述的具有储能功能的智能光伏发电系统，其特征在于：

所述太阳能电池模块包括太阳能输出升压电路，

所述太阳能输出升压电路包括第一功率管，所述第一功率管的漏极通过第一电感连接太阳能电池模块的正极，同时还通过第一二极管与第一电容器的串联电路连接自身的源极，而第一功率管的源极通过第一采样电阻连接太阳能电池模块的负极，同时太阳能电池模块的正极与太阳能电池模块的负极之间还串接有第二电容器；第一电容器两端的电压则作为太阳能输出升压电路的输出电压传送至后一级电路。

4.根据权利要求3所述的具有储能功能的智能光伏发电系统，其特征在于：所述储能电池模块包括储能电池升压电路，所述储能电池升压电路包括第二功率管，所述第二功率管的漏极通过第二电感连接储能电池模块的正极，同时还通过第二二极管与第三电容器的串联电路连接自身的源极；第二功率管的源极通过第二采样电阻连接储能电池模块的负极，在储能电池模块的正负极之间还串接有第四电容器，所述第三电容器两端的输出电压作为储能电池升压电路的输出电压。

5.根据权利要求4所述的具有储能功能的智能光伏发电系统，其特征在于：所述智能功率合成模块包括第一场效应管与第二场效应管，所述第一场效应管的漏极连接太阳能输出升压电路的输出电压的正极，源极通过第三二极管与第六二极管的串联电路连接太阳能输出升压电路的负极；第二场效应管的漏极连接储能电池升压电路的输出电压的正极，源极通过第四二极管与第五电容器、第五二极管的串联电路连接储能电池升压电路的输出电压的负极，同时还通过第四二极管与第六二极管的串联电路连接太阳能输出升压电路的输出电压的负极，所述第五电容器两端的电压作为智能功率合成模块的输出电压。

6.根据权利要求5所述的具有储能功能的智能光伏发电系统，其特征在于：所述光伏逆变器模块采用Z源逆变器模块，包括由第四功率管至第七功率管构成的逆变桥电路，所述逆变桥电路的一端通过第三电感与第三功率管的串联电路连接智能功率合成模块的输出电压的正极，另一端通过第四电感与第十一二极管的串联电路连接智能功率合成模块的输出电压的负极，同时第三功率管的漏极还通过第六电容器连接桥型电路中与第四电感相连接的一端，逆变桥电路与第三电感相连接的一端还通过第七电容器连接第四电感与第十一二极管连接的中间节点。

7.一种具有储能功能的智能光伏发电系统的控制方法，其特征在于它包括以下步骤：

（一）数据采集：智能控制模块实时采集用电负载的用电功率PL、太阳能电池模块的即时最大输出功率PS、储能电池模块的最大输出功率PC；

（二）数据分析：智能控制模块将采集到的数据信息进行分析比对；

（三）控制处理：智能控制模块根据数据分析的结果，控制为负载供电的具体为单独的光伏发电系统，或者光伏发电系统与外部市电的组合。

8.如权利要求7所述的具有储能功能的智能光伏发电系统的控制方法，其特征在于所述步骤（二）中对数据进行分析比对的结果为以下①②之一：

①太阳能电池模块的即时输出最大功率大于用电负载的用电功率，即PS>PL,为以下情形a、 b之一:

a)太阳能电池模块的即时输出最大功率与用电负载的用电功率之差大于储能电池模块的最大输出率,即PS-PL>PC；

b)太阳能电池模块的即时输出最大功率与用电负载的用电功率之差小于储能电池模块的最大输出率,即PS-PL<PC；

② 太阳能电池模块的即时输出最大功率小于用电负载的用电功率，即PS<PL, 为以下情形c、d、e之一:

c)储能电池模块的最大输出功率不为零时, 用电负载的用电功率与太阳能电池模块的即时输出最大功率之差小于储能电池模块的最大输出率,即PC≠0且PL-PS<PC；

d)储能电池模块的最大输出功率不为零时, 用电负载的用电功率与太阳能电池模块的即时输出最大功率之差大于储能电池模块的最大输出率,即PC≠0且PL-PS>PC；

e)储能电池模块的最大输出功率为零时,即PC=0。

9.如权利要求8所述的具有储能功能的智能光伏发电系统的控制方法，其特征在于所述步骤（三）中智能控制模块的控制处理结果为以下情形I—V中之一：

I.当对数据分析的结果为a时，智能控制模块控制太阳能电池模块为负载供电，同时将多余的电量储存在储能电池模块内，再多余的电量并入到外部电网中；

II.当对数据分析的结果为b时，智能控制模块控制太阳能电池模块为负载供电，同时将多余的电量储存在储能电池模块内；

III.当对数据分析的结果为c时，智能控制模块控制太阳能电池模块为负载供电，不足的电量由储能电池模块提供；

IV.当对数据分析的结果为d时，智能控制模块控制太阳能电池模块为负载供电，不足的电量由储能电池模块提供，再不足的电量由外部电网提供；

V.当对数据分析的结果为e时，智能控制模块控制太阳能电池模块为负载供电，不足的电量直接由外部电网提供。

10.如权利要求9所述的具有储能功能的智能光伏发电系统的控制方法，其特征在于所述步骤（二）与步骤（三）之间设有步骤（二）′，即：

（二）′检测外部电网带电情况：如果外部电网没电，则控制外部电网不与具有储能功能的智能光伏发电系统接通，智能光伏发电系统单独工作，此时对于采集数据的比对及控制包括：

太阳能电池模块的即时输出最大功率大于用电负载的用电功率，即PS>PL时，多余的太阳能会存储到储能电池模块内，再多余的电能则不会传送给外部；

太阳能电池模块的即时输出最大功率小于用电负载的用电功率，即PS<PL时,包括以下情形c1、d1、e1之一:

c1)储能电池模块的最大输出功率不为零时, 用电负载的用电功率与太阳能电池模块的即时输出最大功率之差小于储能电池模块的最大输出率,即PC≠0且PL-PS<PC，由太阳能电池模块与储能电池模块共同为用电负载供电；

d1)储能电池模块的最大输出功率不为零时, 用电负载的用电功率与太阳能电池模块的即时输出最大功率之差大于储能电池模块的最大输出率,即PC≠0且PL-PS>PC，此时电量不足，智能控制模块控制光伏发电系统停止工作；

e1)储能电池模块的最大输出功率为零时,即PC=0，此时电量不足，智能控制模块控制光伏发电系统停止工作。

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