CN105515053A - 基于电池梯次利用及智能终端通讯的光伏储能一体化系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于电池梯次利用及智能终端通讯的光伏储能一体化系统，包括光伏发电系统、储能系统、逆变器、快速切换装置、能效监控管理装置、智能终端通讯装置及市电，所述光伏发电系统通过第一接触器分别与储能系统及逆变器相连，逆变器通过快速切换装置给用户供电，储能系统与能效监控管理装置通讯，能效监控管理装置与智能终端通讯装置通信，快速切换装置还与市电相连；本发明采用电动汽车淘汰动力电池梯次利用技术，避免资源浪费，提高利用率，减低使用成本，减缓废旧电池回收再利用的压力。
Description
技术领域
本发明涉及基于电池梯次利用及智能终端通讯的光伏储能一体化系统。
背景技术
随着国家能源局颁发的《关于进一步落实分布式光伏发电有关政策的通知》，针对制约当前分布式光伏发电市场的诸多因素进行全面政策调整，大力推进光伏发电多元化发展，加快扩大光伏发电市场规模。家用光伏系统已纳入分布式光伏发电规模管理，执行当地光伏电站标杆上网电价；在上网模式方面，允许选择“自发自用”或“全额上网”两种模式，在“自发自用、余量上网”用电负荷显著减少时，允许变更为“全额上网”，有效降低了用户用电成本，提高清洁能源利用，达到了低碳减排。
另外，随着国内电动汽车不断推广，作为动力来源的蓄电池(以锂离子电池为主)得到越来越广泛的应用。按照标准要求，作为电动汽车动力电池当SOC衰减至80％±5％即被淘汰，从而造成了较大的资源浪费，并且增加了动力电池回压力。迄今为止，针对动力锂电池回收再利用因技术难度大、回收成本高、可再利用率少及标准缺乏等原因一直是国际性难题。
目前，利用电池梯次利用与智能终端通讯技术的光伏储能一体化系统的开发研究较少，为了适应市场的需要及新技术前瞻应用，通过对光伏发电、动力电池梯次利用及智能终端通讯技术结合，在能效管理监控系统监控管理发明一套光储一体化系统，一方提高清洁能源利用，达到节能减排，降低用户用电成本；另一方面提高了动力电池等资源利用率，降低电动汽车用户使用成本，减缓动力电池回收周期与回收压力。
现有技术存在的缺点是：
1、无法解决电动汽车等废旧电池梯次利用问题，存在废旧动力电池回收成本高、回收难等压力；
2、没有通过智能终端无线通信技术(包括手机、平板电脑等)，没有实现用户实时、随地查看并掌握动力电池储能系统、光伏发电系统及用电负荷等相关信息，并进行实施控制，没有达到用户与发电系统间实时互动、安全可控；
3、没有通过光伏发电技术，实现用户清洁能源的利用，达到节能减排，减低用户用电成本；
4、没有通过智能后台监控技术，实现用户针对不用用电时段、运行模式等自主设置市电与光储一体化系统用电方式，无法提高用户用电的灵活性；
5、没有利用快速切换装置，无法实现光储一体化系统与市电间平稳、快速切换，保证负荷正常运行，达到负荷用电不间断；
6、没有利用储能系统，无法实现光伏发电峰值功率平抑，充分保障供电电能质量。
发明内容
为解决现有技术存在的不足，本发明公开了基于电池梯次利用及智能终端通讯的光伏储能一体化系统，目的在于：提高清洁能源利用率，节能减排，降低用户用电成本；解决电动汽车等废旧电池梯次利用问题，从而缓解废旧动力电池回收成本高、回收难等压力；实现用户用电自主性、灵活性；通过配套储能系统，提高用户负荷供电电能质量；动力电池梯次利用，避免资源浪费。
为实现上述目的，本发明的具体方案如下：
基于电池梯次利用及智能终端通讯的光伏储能一体化系统，包括光伏发电系统、储能系统、逆变器、快速切换装置、能效监控管理装置、智能终端通讯装置及市电，所述光伏发电系统通过第一接触器分别与储能系统及逆变器相连，逆变器通过快速切换装置给用户供电，储能系统与能效监控管理装置通讯，能效监控管理装置与智能终端通讯装置通信，快速切换装置还与市电相连；通过能效管理监控装置监控光伏系统的发电量或储能系统的SOC是否满足用电负荷功率需求确定选择光伏发电系统供电或者是市电供电或者是储能系统供电或者是两种供电方式的结合。
当光伏发电系统的光伏发电大于用电负荷需求功率时，光伏发电通过光伏控制器及逆变器进行转换为用户负荷供电，多余的电量通过储能系统进行储存；
光伏发电系统发电不足且无法满足用户负荷用电功率需求时，储能系统进行放电；储能系统能够针对光伏发电峰值功率进行平抑；
光伏发电系统停止发电时，此时由储能系统为用户负荷供电，当储能系统电能无法满足用电负荷要求或储能达到放电截止电压时，通过能效管理监控装置针对快速切换装置进行控制管理，使快速切换单元在一个周波内切换至市电，为用户负荷供电，充分保证用户负荷正常不间断用电。
储能系统针对光伏发电峰值功率平抑的实现，具体为：通过能效管理监控装置预设功率阀值上限和下限为基准，当光伏发电峰值功率超过预设功率阀值上限时，储能系统进行能量吸纳，实现光伏发电尖峰功率消减；当光伏发电峰值功率低于预设功率阀值下限时，储能系统进行能量释放，实现光伏发电低谷功率平填，达到削峰填谷、平抑峰值功率的功能，最终确保光伏发电功率值保持在预设功率阀值上限和下限正常范围内，提高光伏发电电能质量，保障整套系统供电运行可靠性与稳定性。
通过能效管理监控装置的人机界面，可实现多种运行模式设置或选择，包括并网优先模式、离网优先模式及针对不同时段用电设置的分时段节能模式，以满足用户不同用电模式需求及分时段用电需求；
分时段节能模式：系统处于节能模式时，系统分时段进行充电、放电，并且时段可以自由设置，实现波峰用波谷储，白天用电高峰时，以光伏发电为主，晚上用电高峰时，以储能供电为主；白天用电低谷时，除了为负荷供电，多余发电量进行存储，晚上用电低谷时，储能系统通过市电进行存储电能；
并网优先模式：并网优先模式下，采用市电，光伏发电系统与储能系统通过逆变器共同向电网回馈电能，此时光伏发电系统主要用于平滑光伏发电系统的发电，并起到市电后备的功能；
离网优先模式：离网优先模式下，采用光伏储能一体化系统，当系统供电不足时，通过能效监控管理装置监测功率需求并控制快速切换装置切换至市电。
所述快速切换装置与市电之间还依次设置有交流电能表及防雷及保险模块。
所述储能系统及逆变器之间的线路上还设置有第二接触器。
所述光伏发电系统包括光伏系统及与光伏系统相连的光伏控制器。
所述储能系统包括连接在第一接触器及第二接触器之间的储能电池及电池管理系统，所述储能电池通过依次相串联的电容及单向二极管与第一接触器及第二接触器之间的线路相连，所述电池管理系统与能效监控管理装置进行通信。
所述智能终端通讯装置为WiFi装置，智能终端设备利用WiFi装置与能效监控管理装置通信，通过智能终端实时查看并掌握一体化系统的发电、储能、用户负荷及市电用电的运行信息，并通过运行信息进行及时故障状态判断与排除。
本发明的有益效果：
本发明采用电动汽车淘汰动力电池梯次利用技术，避免资源浪费，提高利用率，减低使用成本，减缓废旧电池回收再利用的压力；通过光伏发电与储能相结合，提高可再生资源利用率，避免弃光现象发生；通过快速切换装置实现光储一体化系统与实现平稳切换，保障为用户负荷不间断供电；利用储能技术，平抑光伏发电峰值功率，保证供电电能质量；通过系统装置集成，可实现产品化，可减少占地面积，便于安装维护。
本发明的有益效果具体体现在以下几个方面：
1、本发明解决了电动汽车等废旧电池梯次利用问题，不存在废旧动力电池回收成本高、回收难等压力；
2、本发明通过智能终端无线通信技术(包括手机、平板电脑等)，实现用户实时、随地查看并掌握动力电池储能系统、光伏发电系统及用电负荷等相关信息，并进行实施控制，达到用户与发电系统间实时互动、安全可控；
3、本发明通过光伏发电技术，实现用户清洁能源的利用，达到节能减排，减低用户用电成本；
4、本发明通过智能后台监控技术，实现用户针对不用用电时段、运行模式等自主设置市电与光储一体化系统用电方式，提高用户用电的灵活性；
5、本发明利用快速切换装置，实现光储一体化系统与市电间平稳、快速切换，保证负荷正常运行，达到负荷用电不间断；
6、利用储能系统，实现光伏发电峰值功率平抑，充分保障供电电能质量。
附图说明
图1本发明的系统结构整体框图；
图2本发明的系统的应用流程图；
图中，1、防雷及保护模块，2、交流电能表，3、用户负荷，4、快速切换装置，5、逆变器，6、光伏控制器，7、光伏发电系统，8、储能电池，9、电池管理系统，10、能效管理监控装置，11、WIFI单元，12、市电。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明进行详细说明：
如图1所示，本发明为一套利用电池梯次利用与智能终端通讯技术的光伏储能一体化系统，简称光储一体化系统。该系统主要由光伏发电系统7、储能系统(配置电池管理系统9BMS)、逆变器5、快速切换装置4、交流电能表2、能效监控管理装置10、WIFI单元11及市电12、用户负荷3等组成。所述快速切换装置4与市电12之间还依次设置有交流电能表2及防雷及保险模块1。
该系统充分利用光伏可再生能源发电、储能管理、数据实时检测、能效控制管理、用户自主设置等技术，较好实现系统自我诊断、高效资源利用、优质供电质量、用电安全可靠及用户互动参与等。
在白天，当光伏发电充足时，光伏发电通过光伏控制器6及离网逆变器5进行转换为用户负荷3供电，多余电量通过储能电池8进行储存；当光伏发电不足且无法满足用户负荷3用电时，储能系统进行放电；由于光伏发电系统7具有随机性、间歇性、波动性等特点，此时储能系统能够针对光伏发电峰值功率进行平抑，充分保障用户用电质量；
在晚上，光伏停止发电，此时由储能系统为用户负荷3供电，当储能系统电能无法满足用电负荷要求或储能达到放电截止电压时，通过能效管理监控装置10针对快速切换装置4进行控制管理，使快速切换单元在一个周波内(即≤20ms)切换至市电，为用户负荷供电，充分保证用户负荷正常不间断用电。
如图2所示，流程图介绍：
在有光照且光照充足时，通过能效管理监控装置10检测评估，当光伏发电系统7发电等于用电负荷功率需求时，光伏所发电量全部用于负荷供电；当光伏发电系统7发电功率大于用电负荷功率需求时，光伏所发电量一分部用于负荷供电，多余部分通过光伏控制器6为储能电池8充电吸纳，直至储能电池8达到电压上限，电池管理系统9保护并停止充电，光伏发电系统7其它多余电量进行弃光处理。
在有光照且光照不足时，通过能效管理监控装置10检测评估，光伏发电无法满足用电负荷功率需求，此时，由能效管理监控装置10控制储能系统进行放电，以补充用光伏发电功率不足，直至储能系统放电至下限截止电压并停止放电，此时，由能效管理监控装置10控制快速投切装置4切换至市电12，由市电12为用电负荷供电，保证用电负荷正常供电。
在无光照时，通过能效管理监控装置10检测评估，当储能系统具备一定的SOC时，由储能系统通过逆变器5为负荷供电，直至储能系统放电至下限截止电压，停止放电。此时，由能效管理监控装置10控制快速投切装置4切换至市电12，由市电12为用电负荷供电，保证用电负荷正常供电。当储能系统不具备SOC或处于被保护时，由能效管理监控装置10控制快速投切装置4直接切换至市电，由市电为用电负荷供电，保证用电负荷正常供电。
通过能效管理监控装置10，用户可实现多种运行模式设置(并网优先模式/离网优先模式)及针对不同时段用电设置，以满足用户不同用电模式需求及分时段用电需求，从而合理提高可再生能源利用率，同时降低用户用电成本。
1)分时段节能模式
系统处于节能模式时，系统分时段进行充电、放电，并且时段可以自由设置，实现波峰用波谷储。白天用电高峰时，以光伏发电为主，晚上用电高峰时，以储能供电为主；白天用电低谷时，除了为负荷供电，多余发电量进行存储。晚上用电低谷时，储能通过市电进行存储电能。已到达用户最大效益用电。
2)并网优先模式
并网优先模式下，优先采用市电，光伏发电与储能装置通过逆变器共同向电网回馈电能，此时储能装置主要用于平滑光伏发电，并起到市电后备的功能。
3)离网优先模式
离网优先模式下，优先采用光储一体化发电系统，系统供电不足时，通过监控系统监测功率需求并控制切换单元切换至市电。
利用能效监控管理装置10及WIFI单元11，用户可通过智能终端设备实时查看并掌握系统发电、储能、用户负荷及市电用电等运行信息，并通过运行信息进行及时故障状态判断与排除。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (9)
1.基于电池梯次利用及智能终端通讯的光伏储能一体化系统，其特征是，包括光伏发电系统、储能系统、逆变器、快速切换装置、能效监控管理装置、智能终端通讯装置及市电，所述光伏发电系统通过第一接触器分别与储能系统及逆变器相连，逆变器通过快速切换装置给用户供电，储能系统与能效监控管理装置通讯，能效监控管理装置与智能终端通讯装置通信，快速切换装置还与市电相连；通过能效管理监控装置监控光伏系统的发电量或储能系统的SOC是否满足用电负荷功率需求确定选择光伏发电系统供电或者是市电供电或者是储能系统供电或者是两种供电方式的结合。
2.如权利要求1所述的基于电池梯次利用及智能终端通讯的光伏储能一体化系统，其特征是，当光伏发电系统的光伏发电大于用电负荷需求功率时，光伏发电通过光伏控制器及逆变器进行转换为用户负荷供电，多余的电量通过储能系统进行储存；
光伏发电系统发电不足且无法满足用户负荷用电功率需求时，储能系统进行放电；储能系统能够针对光伏发电峰值功率进行平抑；
光伏发电系统停止发电时，此时由储能系统为用户负荷供电，当储能系统电能无法满足用电负荷要求或储能达到放电截止电压时，通过能效管理监控装置针对快速切换装置进行控制管理，使快速切换单元在一个周波内切换至市电，为用户负荷供电，充分保证用户负荷正常不间断用电。
3.如权利要求2所述的基于电池梯次利用及智能终端通讯的光伏储能一体化系统，其特征是，储能系统针对光伏发电峰值功率平抑的实现，具体为：通过能效管理监控装置预设功率阀值上限和下限为基准，当光伏发电峰值功率超过预设功率阀值上限时，储能系统进行能量吸纳，实现光伏发电尖峰功率消减；当光伏发电峰值功率低于预设功率阀值下限时，储能系统进行能量释放，最终确保光伏发电功率值保持在预设功率阀值上限和下限正常范围内。
4.如权利要求1所述的基于电池梯次利用及智能终端通讯的光伏储能一体化系统，其特征是，通过能效管理监控装置的人机界面，可实现多种运行模式设置或选择，包括并网优先模式、离网优先模式及针对不同时段用电设置的分时段节能模式，以满足用户不同用电模式需求及分时段用电需求；
分时段节能模式：系统处于节能模式时，系统分时段进行充电、放电，并且时段可以自由设置，实现波峰用波谷储，白天用电高峰时，以光伏发电为主，晚上用电高峰时，以储能供电为主；白天用电低谷时，除了为负荷供电，多余发电量进行存储，晚上用电低谷时，储能系统通过市电进行存储电能；
并网优先模式：并网优先模式下，采用市电，光伏发电系统与储能系统通过逆变器共同向电网回馈电能，此时光伏发电系统主要用于平滑光伏发电系统的发电，并起到市电后备的功能；
离网优先模式：离网优先模式下，采用光伏储能一体化系统，当系统供电不足时，通过能效监控管理装置监测功率需求并控制快速切换装置切换至市电。
5.如权利要求1所述的基于电池梯次利用及智能终端通讯的光伏储能一体化系统，其特征是，所述快速切换装置与市电之间还依次设置有交流电能表及防雷及保险模块。
6.如权利要求1所述的基于电池梯次利用及智能终端通讯的光伏储能一体化系统，其特征是，所述储能系统及逆变器之间的线路上还设置有第二接触器。
7.如权利要求1所述的基于电池梯次利用及智能终端通讯的光伏储能一体化系统，其特征是，所述光伏发电系统包括光伏系统及与光伏系统相连的光伏控制器。
8.如权利要求6所述的基于电池梯次利用及智能终端通讯的光伏储能一体化系统，其特征是，所述储能系统包括连接在第一接触器及第二接触器之间的储能电池及电池管理系统，所述储能电池通过依次相串联的电容及单向二极管与第一接触器及第二接触器之间的线路相连，所述电池管理系统与能效监控管理装置进行通信。
9.如权利要求1所述的基于电池梯次利用及智能终端通讯的光伏储能一体化系统，其特征是，所述智能终端通讯装置为WiFi装置，智能终端设备利用WiFi装置与能效监控管理装置通信，通过智能终端实时查看并掌握一体化系统的发电、储能、用户负荷及市电用电的运行信息，并通过运行信息进行及时故障状态判断与排除。
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