CN106788140B - 一种模块化共直流母线光伏储能系统 - Google Patents

一种模块化共直流母线光伏储能系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种模块化共直流母线光伏储能系统，包括一个或者多个DC/DC变换器，一个或者多个双向DC/DC变换器，一个或者多个双向DC/AC变换器，一个能量管理单元，一个电能计量表，每个变换器都含有一个独立的控制器，光伏和蓄电池分别经过DC/DC变换器和双向DC/DC变换器并入到直流母线，直流母线再经过双向DC/AC变换器后与负载和电网接入交流母线，所有变换器和电表都通过通讯总线与能量管理单元连接，系统可以根据电网状态工作在并网模式或者独立模式下；此系统高度模块化，易于系统扩容或裁减，易于维护，应用范围广，可靠性高，灵活性强，安装装配方便。

Description

一种模块化共直流母线光伏储能系统
技术领域
本发明属于光伏储能逆变器技术领域，涉及一种光伏发电和储能系统，具体是一种模块化共直流母线光伏储能系统。
背景技术
当前，全球能源紧缺，新兴能源产业的发展势在必行，但风能、太阳能等清洁能源受环境影响较大，功率不稳定对电网的稳定性造成冲击，致使传统电网无法大量承载，大量能量被浪费，将储能和光伏有效的结合应用，可以有效解决这一系列问题。
传统的光伏储能系统多采用集中式方案，即将DC/AC变换器、光伏DC/DC变换器和双向DC/DC变换器集中在一个机箱内，组成一台光伏储能逆变器，其共用辅助电源，共用采样控制电路，共用一个控制器等，若逆变器中有一个关键电路出现故障，逆变器将停止工作，整个光伏储能系统也将停止工作，没有冗余，同时，若系统需要增加光伏组件、蓄电池或者负载，就需要增加一台或数台新的光伏储能逆变器，增加系统成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于共直流母线的可靠性高、易扩容或裁减、易维护、应用范围广的模块化光伏储能系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种模块化共直流母线光伏储能系统，包括若干个DC/DC变换器，若干个双向DC/DC变换器，若干个双向DC/AC变换器以及一个能量管理单元、一个电能计量表；
每个DC/DC变换器均连接一个光伏，每个双向DC/DC变换器均连接一个蓄电池，所有的DC/DC变换器和双向DC/DC变换器另一端均并入到直流母线，所述直流母线经过双向DC/AC变换器后连接交流母线，所述交流母线直接连接普通负载，并经过电能计量表接入电网，每个双向DC/DC变换器均直接连接一个重要负载，
所述DC/DC变换器用于将光伏中的电能直接或者经过升压后并入直流母线；
所述双向DC/DC变换器用于将蓄电池中电能经过升压后并入直流母线，或将直流母线中电能经过降压后充入蓄电池；
所述双向DC/AC变换器用于将直流母线中直流电能逆变为交流电能后并入交流母线以及提供给重要负载，或者将交流母线中交流电能整流后并入直流母线以备给蓄电池充电；
所述DC/DC变换器、双向DC/DC变换器、双向DC/AC变换器以及电能计量表均通过通讯总线与能量管理单元连接；
所述电能计量表为双向电表，用于计量功率大小和方向；
所述能量管理单元用于管理DC/DC变换器、双向DC/DC变换器和双向DC/AC变换器的运行状态以及电能计量表的计量数据。
进一步地，所述DC/DC变换器、双向DC/DC变换器、双向DC/AC变换器以及能量管理单元均具有独立控制器。
进一步地，所述DC/DC变换器包括第一独立控制器、第一采样控制电路、第一通讯电路、第一辅助电源电路以及第一主升压电路。
进一步地，所述双向DC/DC变换器包括第二独立控制器、第二采样控制电路、第二通讯电路、第二辅助电源电路、第二主升压电路以及主降压电路。
进一步地，所述双向DC/AC变换器包括第三独立控制器、第三采样控制电路、第三通讯电路、第三辅助电源电路、并离网切换电路以及主逆变滤波电路。
进一步地，所述能量管理单元包括第四独立控制器、通讯模块以及人机交互模块；
所述通讯模块用于与DC/DC变换器、双向DC/DC变换器、双向DC/AC变换器以及电能计量表进行通信，定时获取DC/DC变换器、双向DC/DC变换器和双向DC/AC变换器的运行状态数据，读取电能计量表的功率大小和方向数据，输出到第四独立控制器；
所述第四独立控制器对数据进行运算处理，输出到人机交互模块，同时根据人机交互模块的控制指令，向DC/DC变换器、双向DC/DC变换器和双向DC/AC变换器发出启停或能量调度指令，实现DC/DC变换器、双向DC/DC变换器和双向DC/AC变换器的协调工作；
所述人机交互模块用于显示各个变换器的运行状态以及电能计量表的计量数据，操作人员通过人机交互模块对各个变换器进行手动控制。
本发明的有益效果：本发明提供的光伏储能系统，其内部各个变换器都是安全模块化，具有独立的控制器，系统高度模块化，可靠性高，易于维护；系统可以根据电网状态工作在并网模式或者独立模式下，并具有自发自用、零馈网、定时充放电等多种应用模式，应用范围广；同时可最大限度地利用太阳能，实现能量的自发自用，节约用电成本。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。
图1是本发明的系统示意图。
图2是本发明DC/DC变换器的电路图。
图3是本发明双向DC/DC变换器的电路图。
图4是本发明双向DC/AC变换器的电路图。
图5是本发明能量管理单元示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明提供了一种模块化共直流母线光伏储能系统，包括两个DC/DC变换器，两个双向DC/DC变换器，两个双向DC/AC变换器以及一个能量管理单元、一个电能计量表，每个DC/DC变换器均连接一个光伏，每个双向DC/DC变换器均连接一个蓄电池，所有的DC/DC变换器和双向DC/DC变换器另一端均并入到直流母线，直流母线经过双向DC/AC变换器后连接交流母线，交流母线直接连接普通负载，并经过电能计量表接入电网，每个双向DC/DC变换器均直接连接一个重要负载，DC/DC变换器、双向DC/DC变换器、双向DC/AC变换器以及电能计量表均通过通讯总线与能量管理单元连接。
如图2所示，DC/DC变换器连接光伏和直流母线，用于将光伏中的电能量直接或者经过升压后并入直流母线。DC/DC变换器包括第一独立控制器、第一采样控制电路、第一通讯电路、第一辅助电源电路以及第一主升压电路；其中，第一主升压电路采用BOOST升压电路。
如图3所示，双向DC/DC变换器连接蓄电池和直流母线，放电时，双向DC/DC变换器将蓄电池中电能经过升压后并入直流母线；充电时，双向DC/DC变换器将直流母线中电能经过降压后充入蓄电池。双向DC/DC变换器包括第二独立控制器、第二采样控制电路、第二通讯电路、第二辅助电源电路、第二主升压电路以及主降压电路；其中，第二主升压电路采用BOOST升压电路，主降压电路采用BUCK降压电路。
如图4所示，双向DC/AC变换器连接直流母线与交流母线，放电时，双向DC/AC变换器将直流母线中直流电能逆变为交流电能后并入交流母线或提供给重要负载；充电时，双向DC/AC变换器将交流母线中交流电能整流后并入直流母线以备给蓄电池充电。双向DC/AC变换器包括第三独立控制器、第三采样控制电路、第三通讯电路、第三辅助电源电路、并离网切换电路以及主逆变滤波电路；其中，主逆变滤波电路采用H全桥逆变电路和LC滤波电路。
当电网由故障时，双向DC/AC变换器通过并离网切换电路运行在独立模式下向重要负载供电；当电网恢复正常时，双向DC/AC变换器通过并离网切换电路运行在并网模式下。
电能计量表为双向电表，可以计量功率大小和方向。
如图5所示，能量管理单元包括第四独立控制器、通讯模块以及人机交互模块，能量管理单元通过通讯模块与DC/DC变换器、双向DC/DC变换器、双向DC/AC变换器以及电能计量表进行通信，通讯模块定时获取DC/DC变换器、双向DC/DC变换器和双向DC/AC变换器的运行状态数据，读取电能计量表的功率大小和方向数据，输出到第四独立控制器，第四独立控制器对数据进行运算处理，输出到人机交互模块，同时根据人机交互模块的控制指令，向DC/DC变换器、双向DC/DC变换器和双向DC/AC变换器发出启停或能量调度指令，实现DC/DC变换器、双向DC/DC变换器和双向DC/AC变换器的协调工作；人机交互模块用于显示各个变换器的运行状态以及电能计量表的计量数据，操作人员通过人机交互模块对各个变换器进行手动控制。
本发明提供的光伏储能系统，其内部各个变换器都是安全模块化，具有独立的控制器，系统高度模块化，可靠性高，易于维护；系统可以根据电网状态工作在并网模式或者独立模式下，并具有自发自用、零馈网、定时充放电等多种应用模式，应用范围广；同时可最大限度地利用太阳能，实现能量的自发自用，节约用电成本。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种模块化共直流母线光伏储能系统，其特征在于：包括若干个DC/DC变换器，若干个双向DC/DC变换器，若干个双向DC/AC变换器以及一个能量管理单元、一个电能计量表；
每个DC/DC变换器均连接一个光伏，每个双向DC/DC变换器均连接一个蓄电池，所有的DC/DC变换器和双向DC/DC变换器另一端均并入到直流母线，所述直流母线经过双向DC/AC变换器后连接交流母线，所述交流母线直接连接普通负载，交流母线经过电能计量表接入电网，每个双向DC/AC变换器均直接连接一个重要负载；
所述DC/DC变换器用于将光伏中的电能直接或者经过升压后并入直流母线；
所述双向DC/DC变换器用于将蓄电池中电能经过升压后并入直流母线，或将直流母线中电能经过降压后充入蓄电池；
所述双向DC/AC变换器用于将直流母线中直流电能逆变为交流电能后并入交流母线以及提供给重要负载，或者将交流母线中交流电能整流后并入直流母线以备给蓄电池充电；
所述DC/DC变换器、双向DC/DC变换器、双向DC/AC变换器以及电能计量表均通过通讯总线与能量管理单元连接；
所述电能计量表为双向电表，用于计量功率大小和方向；
所述能量管理单元用于管理DC/DC变换器、双向DC/DC变换器和双向DC/AC变换器的运行状态以及电能计量表的计量数据；
所述DC/DC变换器、双向DC/DC变换器、双向DC/AC变换器以及能量管理单元均具有独立控制器；
所述能量管理单元包括第四独立控制器、通讯模块以及人机交互模块；
所述通讯模块用于与DC/DC变换器、双向DC/DC变换器、双向DC/AC变换器以及电能计量表进行通信，定时获取DC/DC变换器、双向DC/DC变换器和双向DC/AC变换器的运行状态数据，读取电能计量表的功率大小和方向数据，输出到第四独立控制器；
所述第四独立控制器对数据进行运算处理，输出到人机交互模块，同时根据人机交互模块的控制指令，向DC/DC变换器、双向DC/DC变换器和双向DC/AC变换器发出启停或能量调度指令，实现DC/DC变换器、双向DC/DC变换器和双向DC/AC变换器的协调工作；
所述人机交互模块用于显示各个变换器的运行状态以及电能计量表的计量数据，操作人员通过人机交互模块对各个变换器进行手动控制。
2.根据权利要求1所述的一种模块化共直流母线光伏储能系统，其特征在于：所述DC/DC变换器包括第一独立控制器、第一采样控制电路、第一通讯电路、第一辅助电源电路以及第一主升压电路。
3.根据权利要求1所述的一种模块化共直流母线光伏储能系统，其特征在于：所述双向DC/DC变换器包括第二独立控制器、第二采样控制电路、第二通讯电路、第二辅助电源电路、第二主升压电路以及主降压电路。
4.根据权利要求1所述的一种模块化共直流母线光伏储能系统，其特征在于：所述双向DC/AC变换器包括第三独立控制器、第三采样控制电路、第三通讯电路、第三辅助电源电路、并离网切换电路以及主逆变滤波电路。
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