CN107124004A - 一种光伏电站用直流侧分布式储能系统及运行方法 - Google Patents

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Abstract

一种光伏电站用直流侧分布式储能系统及运行方法，该系统包括光伏电池板系统、DC‑DC控制器及储能电池系统、分布式储能电站总控系统和光伏逆变器系统，各系统呈分布式结构，该系统的运行方法，分布式储能电站总控系统根据电网电力调度控制DC‑DC控制器子系统和光伏逆变器系统运行，DC‑DC控制器子系统根据对应的光伏电池板子系统、储能电池子系统和光伏逆变器子系统的工作状态对储能电池子系统下达充放电指令；本发明系统采用直流侧分布式储能设计，可有效降低电站运行过程中直流‑交流电之间的双向转换次数和能量损失，提高光伏电站实际发电效率，有效提高电站储能过程的安全性，亦可降低成本，提高收益率；本发明系统不仅适用于传统集中式光伏，也适用于集散式光伏电站。

Description

一种光伏电站用直流侧分布式储能系统及运行方法
技术领域
本发明属于光伏电站技术领域，特别涉及一种光伏电站用直流侧分布式储能系统及运行方法。
背景技术
近年来，人类对化石能源的过度利用，已经导致环境污染和气候变暖等问题，必须对能源结构进行调整，降低对化石燃料的依赖，并提高太阳能等可再生能源在现有能源结构中的地位和作用。由于光伏发电受外部太阳辐射变化影响较大，发电过程具有随机波动性和间歇性，这会给电网造成不可忽视的冲击和影响；同时，由于社会用电负荷降低及部分地区电站上网不便，电网往往会对光伏电站并网调度进行限制，使得光伏电站在一定程度上进行弃光。解决上述两个问题的一个方法就是为光伏电站配备足够量的蓄电池储能系统。然而，目前大容量、集中式交流侧蓄电池储能系统在其升、降电压和双向逆变充放电过程中能量损耗大，储能系统投资较高，这提高了电站的建设成本，成为阻碍光伏电站技术推广的障碍之一。因此，直流侧光伏储能方案成为一种新的研究方向。传统的直流侧光伏储能技术需与光伏逆变器耦合，只能与专门厂家的逆变器配套，且直流变换器(DC‐DC)与逆变器需要通讯；而且逆变器最大功率跟踪过程需要对PV端口电压进行扰动实现光伏组件的最大功率输出，储能系统的直流侧接入容易导致逆变器最大功率跟踪的偏差，又成为阻碍光伏电站技术推广的一个障碍。
发明内容
为了在一定程度上解决上述技术问题，本发明提供了一种光伏电站用直流侧分布式储能系统及其运行方法，可降低现有光伏电站电储能过程中的能量损失，减少光能浪费，提高电站运营的安全性；该系统普遍适用各种型号的集中式逆变器，不受逆变器的限制，无需与逆变器进行交互和通讯，实现即插即用的模式；该系统可以实现双扰动源的交互与分时独立控制，保证光伏组件最大功率输出不受影响的同时，保证储能系统进行高效的功率输出。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种光伏电站用直流侧分布式储能系统，包括光伏电池板系统1，光伏电池板系统1由按需设置的若干个光伏电池板子系统组成，各光伏电池板子系统工作过程相互独立；DC‐DC控制器及储能电池系统2，DC‐DC控制器及储能电池系统2是由与光伏电池板子系统相同数量的DC‐DC控制器子系统和储能电池子系统配对组成，每组DC‐DC控制器子系统和储能电池子系统互相连接，且与对应的光伏电池板子系统直流电主线相连；分布式储能电站总控系统3，分布式储能电站总控系统3是由与光伏电池板子系统相同数量的分布式储能电站控制子系统组成，分布式储能电站控制子系统与对应的DC‐DC控制器子系统相连；光伏逆变器系统4，光伏逆变器系统4由与光伏电池板子系统相同数量的光伏逆变器子系统组成，各光伏逆变器子系统与对应的光伏电池板子系统直流电主线相连，并同时与对应的分布式储能电站控制子系统相连；升压变压器系统5，升压变压器系统5是由与光伏电池板子系统相同数量的升压变压器子系统组成，各升压变压器子系统与对应的光伏逆变器子系统出口的交流电主线相连，各升压变压器子系统出口的高压交流电汇集后与电网系统6相连。
所述DC‐DC控制器及储能电池系统2中DC‐DC控制器子系统根据对应的光伏电池板子系统和光伏逆变器子系统的工作状态控制对应储能电池子系统的工作状态，即充电或放电。
所述分布式储能电站总控系统3根据电网电力调度指令使分布式储能电站控制子系统对DC‐DC控制器子系统和光伏逆变器系统4中对应的光伏逆变器子系统进行控制。
所述光伏电池板系统1、DC‐DC控制器及储能电池系统2、分布式储能电站总控系统3、光伏逆变器系统4和升压变压器系统5中各子系统按照编号一一对应，形成光伏电站直流侧分布式储能系统的一个子单元，各子单元出口的交流电，即各升压变压器子系统出口的交流电汇集后输送给电网系统6。
上述光伏电站直流侧分布式储能系统的运行方法，分布式储能电站总控系统3根据电网调度指令令各分布式储能电站控制子系统对对应的DC‐DC控制器子系统和光伏逆变器子系统进行控制，以满足电网调度需求，DC‐DC控制器及储能电池系统2中DC‐DC控制器子系统根据对应的光伏电池板子系统、储能电池子系统和光伏逆变器子系统的工作状态确定对应的储能电池子系统的工作状态，即充电或放电，光伏逆变器子系统出口的交流电经对应的升压变压器子系统提升压力后与其他升压变压器子系统出口交流电汇聚，并输送至电网系统。
所述光伏电池板系统1、DC‐DC控制器及储能电池系统2和光伏逆变器系统4的运行方法，具体为：
当光伏电池板系统1发电量与DC‐DC控制器及储能电池系统2中存储的电量之和不能满足光伏逆变器系统4的运行需求时，DC‐DC控制器子系统指示光伏电池板系统1和储能电池子系统将电量输送给光伏逆变器系统4；
当光伏电池板系统1发电量小于光伏逆变器系统4的运行需求，且光伏电池板系统1发电量和DC‐DC控制器及储能电池系统2中存储的电量之和能够满足光伏逆变器系统4的运行需求时，DC‐DC控制器子系统指示光伏电池板系统1全部发电量输送给光伏逆变器系统4，不足的电量由储能电池子系统补充，即从储能电池子系统中将相应电量输送给光伏逆变器系统4；
当光伏电池板系统1发电量能够满足光伏逆变器系统4的运行需求，且储能电池子系统中存储的电量未达到其储能上限时，DC‐DC控制器子系统指示光伏电池板系统1将光伏逆变器系统4运行需求的电量输送给光伏逆变器系统4，剩余的电量输送并存储于储能电池子系统中；
当光伏电池板系统1发电量满足光伏逆变器系统4的运行需求，且储能电池子系统中存储的电量已达到其储能上限时，DC‐DC控制器子系统指示光伏电池板系统1将光伏逆变器系统4运行需求的电量输送给光伏逆变器系统4，剩余的电量舍弃；
所述光伏逆变器系统4接收到直流电后的运行方法，具体为：光伏逆变器系统4中各光伏逆变器子系统将光伏电池板系统1和/或储能电池子系统传输来的直流电转换成交流电，并将交流电传输给升压变压器5以提高电压，升压后的交流电被输送至电网系统6。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)本发明系统采用直流侧储能设计，有效降低电站运行过程中直流‐交流电之间的双向转换次数和能量损失，提高光伏电站实际发电效率。
2)本发明系统采用分布式储能设计，有效提高电站储能过程的安全性，分散电站储能过程安全运行风险。
3)本发明系统采用分布式储能设计，将单个储能电池容量减小，可减少储能系统的成本，降低光伏电站发电成本，提高电站收益率。
4)本发明系统中普遍适用各种型号的集中式逆变器，不受逆变器的限制，无需与逆变器进行交互和通讯，实现即插即用的模式。
5)本发明系统可以实现双扰动源的交互与分时独立控制，保证光伏组件最大功率输出不受影响的同时，保证储能系统进行高效的功率输出。
附图说明
图1是本发明系统框架示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。下述内容不是对本发明保护范围的限制，任何在本发明基础上做出的改进和变化都在本发明的保护范围之内。
如图1所示，本发明涉及一种光伏电站直流侧分布式储能系统，包括光伏电池板系统1，光伏电池板系统1包括若干个光伏电池板子系统，即第一光伏电池板子系统101、第二光伏电池板子系统102……第n光伏电池板子系统10n，光伏电池板系统1与DC‐DC控制器及储能电池系统2和光伏逆变器系统4相连，DC‐DC控制器及储能电池系统2包括与光伏电池板系统1中光伏电池板子系统数量相同的DC‐DC控制器子系统与储能电池子系统组合，即第一DC‐DC控制器子系统201、第二DC‐DC控制器子系统202……第n DC‐DC控制器子系统20n以及第一储能电池子系统2011、第二储能电池子系统2022……第n储能电池子系统20nn；光伏逆变器系统4包括与光伏电池板系统1中光伏电池板子系统数量相同的光伏逆变器子系统，即第一光伏逆变器子系统401、第二光伏逆变器子系统402……第n光伏逆变器子系统40n，且光伏电池板子系统、DC‐DC控制器子系统、储能电池子系统和光伏逆变器子系统如图1所示连接，分布式储能电站总控系统3包括与光伏电池板系统1中光伏电池板子系统数量相同的分布式储能电站控制子系统，即第一分布式储能电站控制子系统401、第二分布式储能电站控制子系统402……第n分布式储能电站控制子系统40n，且各分布式储能电站控制子系统与DC‐DC控制器子系统和光伏逆变器系统4中光伏逆变器子系统按图1所示连接，光伏逆变器系统4与升压变压器系统5相连，升压变压器系统5包括与光伏电池板系统1中光伏电池板子系统数量相同的升压变压器子系统，即第一升压变压器子系统501、第二升压变压器子系统502……第n升压变压器子系统50n，光伏逆变器子系统将交流电传输给对应的升压变压器子系统，由升压变压器子系统对交流电进行升压，升压变压器系统5中各升压变压器子系统出口交流电汇集后与电网系统6相连。
本发明所述光伏电池板系统1、DC‐DC控制器及储能电池系统2和光伏逆变器系统4的运行方法，具体为：
当光伏电池板系统1发电量与DC‐DC控制器及储能电池系统2中存储的电量之和不能满足光伏逆变器系统4的运行需求时，DC‐DC控制器子系统指示光伏电池板系统1和储能电池子系统将电量输送给光伏逆变器系统4；
当光伏电池板系统1发电量小于光伏逆变器系统4的运行需求，且光伏电池板系统1发电量和DC‐DC控制器及储能电池系统2中存储的电量之和能够满足光伏逆变器系统4的运行需求时，DC‐DC控制器子系统指示光伏电池板系统1全部发电量输送给光伏逆变器系统4，不足的电量由储能电池子系统补充，即从储能电池子系统中将相应电量输送给光伏逆变器系统4；
当光伏电池板系统1发电量能够满足光伏逆变器系统4的运行需求，且储能电池子系统中存储的电量未达到其储能上限时，DC‐DC控制器子系统指示光伏电池板系统1将光伏逆变器系统4运行需求的电量输送给光伏逆变器系统4，剩余的电量输送并存储于储能电池子系统中；
当光伏电池板系统1发电量满足光伏逆变器系统4的运行需求，且储能电池子系统中存储的电量已达到其储能上限时，DC‐DC控制器子系统指示光伏电池板系统1将光伏逆变器系统4运行需求的电量输送给光伏逆变器系统4，剩余的电量舍弃。
所述光伏逆变器系统4接收到直流电后的运行方法，具体为：光伏逆变器系统4中各光伏逆变器子系统将光伏电池板系统1和/或储能电池子系统传输来的直流电转换成交流电，并将交流电传输给升压变压器5以提高电压，升压后的交流电被输送至电网系统6。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种光伏电站用直流侧分布式储能系统，其特征在于：包括光伏电池板系统(1)，光伏电池板系统(1)由按需设置的若干个光伏电池板子系统组成，各光伏电池板子系统工作过程相互独立；DC-DC控制器及储能电池系统(2)，DC-DC控制器及储能电池系统(2)是由与光伏电池板子系统相同数量的DC-DC控制器子系统和储能电池子系统配对组成，每组DC-DC控制器子系统和储能电池子系统互相连接，且与对应的光伏电池板子系统直流电主线相连；分布式储能电站总控系统(3)，分布式储能电站总控系统(3)是由与光伏电池板子系统相同数量的分布式储能电站控制子系统组成，分布式储能电站控制子系统与对应的DC-DC控制器子系统相连；光伏逆变器系统(4)，光伏逆变器系统(4)由与光伏电池板子系统相同数量的光伏逆变器子系统组成，各光伏逆变器子系统与对应的光伏电池板子系统直流电主线相连，并同时与对应的分布式储能电站控制子系统相连；升压变压器系统(5)，升压变压器系统(5)是由与光伏电池板子系统相同数量的升压变压器子系统组成，各升压变压器子系统与对应的光伏逆变器子系统出口的交流电主线相连，各升压变压器子系统出口的高压交流电汇集后与电网系统(6)相连。
2.根据权利要求1所述的一种光伏电站用直流侧分布式储能系统，其特征在于：所述DC-DC控制器及储能电池系统(2)中DC-DC控制器子系统根据对应的光伏电池板子系统和光伏逆变器子系统的工作状态控制对应储能电池子系统的工作状态，即充电或放电。
3.根据权利要求1所述的一种光伏电站用直流侧分布式储能系统，其特征在于：所述分布式储能电站总控系统(3)根据电网电力调度指令使分布式储能电站控制子系统对DC-DC控制器子系统和光伏逆变器系统(4)中对应的光伏逆变器子系统进行控制。
4.根据权利要求1所述的一种光伏电站用直流侧分布式储能系统，其特征在于：所述光伏电池板系统(1)、DC-DC控制器及储能电池系统(2)、分布式储能电站总控系统(3)、光伏逆变器系统(4)和升压变压器系统(5)中各子系统按照编号一一对应，形成光伏电站直流侧分布式储能系统的一个子单元，各子单元出口的交流电，即各升压变压器子系统出口的交流电汇集后输送给电网系统(6)。
5.权利要求1至4任一项所述的光伏电站用直流侧分布式储能系统的运行方法，其特征在于：分布式储能电站总控系统(3)根据电网调度指令令各分布式储能电站控制子系统对对应的DC-DC控制器子系统和光伏逆变器子系统进行控制，以满足电网调度需求，DC-DC控制器及储能电池系统(2)中DC-DC控制器子系统根据对应的光伏电池板子系统、储能电池子系统和光伏逆变器子系统的工作状态确定对应的储能电池子系统的工作状态，即充电或放电，光伏逆变器子系统出口的交流电经对应的升压变压器子系统提升压力后与其他升压变压器子系统出口交流电汇聚，并输送至电网系统。
6.根据权利要求5所述的运行方法，其特征在于：具体为：
当光伏电池板系统(1)发电量和DC-DC控制器及储能电池系统(2)中存储的电量之和不能满足光伏逆变器系统(4)的运行需求时，DC-DC控制器子系统指示光伏电池板系统(1)和储能电池子系统将电量输送给光伏逆变器系统(4)；
当光伏电池板系统(1)发电量小于光伏逆变器系统(4)的运行需求，且光伏电池板系统(1)发电量和DC-DC控制器及储能电池系统(2)中存储的电量之和能够满足光伏逆变器系统(4)的运行需求时，DC-DC控制器子系统指示光伏电池板系统(1)全部发电量输送给光伏逆变器系统(4)，不足的电量由储能电池子系统补充，即从储能电池子系统中将相应电量输送给光伏逆变器系统(4)；
当光伏电池板系统(1)发电量可以满足光伏逆变器系统(4)的运行需求，且储能电池子系统中存储的电量未达到其储能上限时，DC-DC控制器子系统指示光伏电池板系统(1)将光伏逆变器系统(4)运行需求的电量输送给光伏逆变器系统(4)，剩余的电量输送并存储于储能电池子系统中；
当光伏电池板系统(1)发电量满足光伏逆变器系统(4)的运行需求，且储能电池子系统中存储的电量已达到其储能上限时，DC-DC控制器子系统指示光伏电池板系统(1)将光伏逆变器系统(4)运行需求的电量输送给光伏逆变器系统(4)，剩余的电量舍弃；
所述光伏逆变器系统(4)接收到直流电后的运行方法，具体为：光伏逆变器系统(4)中各光伏逆变器子系统将光伏电池板系统(1)和/或储能电池子系统传输来的直流电转换成交流电，并将交流电传输给升压变压器(5)以提高电压，升压后的交流电被输送至电网系统(6)。
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