CN109474058A - 光伏离网逆控一体供电储能系统及其供电储能方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种光伏离网逆控一体供电储能系统及其供电储能方法，该系统包括光伏板、三路BOOST电路、双向逆变电路、双向BUCK－BOOST电路以及储能电池，三路BOOST电路的输入端连接至光伏板，三路BOOST电路的输出端分别与双向逆变电路、双向BUCK－BOOST电路电连接，双向逆变电路与双向BUCK－BOOST电路电连接，双向逆变电路为用电设备输出电能；双向BUCK－BOOST电路为储能电池输出电能，或者，储能电池为双向BUCK－BOOST电路提供电源。该供电储能方法应用于上述的供电储能系统。本发明的供电储能系统可以应用在离网、没有负载或者没有足够光照等恶劣环境下，可以降低系统成本和实现难度，以提高系统可靠性，储能环节和逆变环节都采用双向电路，提高了系统的灵活性，扩展了整个系统的使用范围。
Description
【技术领域】
本发明涉及光伏发电储能技术领域，具体的，涉及一种光伏离网逆控一体供电储能系统以及该系统的供电储能方法。
【背景技术】
随着工业发展以及生产力的提高，人们对于电能的需求越来越旺盛。并且对于电能质量和可靠性要求越来越高。现有光伏逆变方案，可以做到在光照强度足够的情况下，进行发电、并网，提供一个质量较高的电源；但是过于依赖光照强度或者说是光伏系统，可靠性、稳定性和连续性存在一定问题。
但是现有的光伏系统无法进行储能，且结构复杂成本高，在离网情况下，如果没有负载和储能系统，光伏系统将光能转换成的电能将无法使用，造成能源的浪费，并且在光照强度比较低的阴雨天或者晚上，离网的光伏系统将无法继续提供能量。
【发明内容】
本发明的主要目的是提供一种可以应用在离网、没有负载或者没有足够光照等恶劣环境下的光伏离网逆控一体供电储能系统。
本发明的另一目的是提供一种可以应用在离网、没有负载或者没有足够光照等恶劣环境下的光伏离网逆控一体供电储能方法。
为了实现上述的主要目的，本发明提供的光伏离网逆控一体供电储能系统包括光伏板、三路BOOST电路、双向逆变电路、双向BUCK－BOOST电路以及储能电池，三路BOOST电路的输入端连接至光伏板，三路BOOST电路的输出端分别与双向逆变电路、双向BUCK－BOOST电路电连接，双向逆变电路与双向BUCK－BOOST电路电连接，双向逆变电路为用电设备输出电能；双向BUCK－BOOST电路为储能电池输出电能，或者，储能电池为双向BUCK－BOOST电路提供电源；三路BOOST电路包括三组交错并联的BOOST电路，每一组BOOST电路均包括第一电感、第一二极管以及第一MOS管，第一电感的第一端与光伏板电连接，第一MOS管的漏极连接在第一电感的第二端和第一二极管的正极之间。
进一步的方案是，三路BOOST电路还包括第一电容，第一电容的第一端与第一二极管的负极电连接，第一电容的第二端与第一MOS管的源极电连接。
更进一步的方案是，双向逆变电路包括第二电感、第三电感和第二电容，双向逆变电路的第一桥臂与第二电感的第一端电连接，双向逆变电路的第二桥臂与第三电感的第一端电连接，第二电容的第一端与第二电感的第二端电连接，第二电容的第二端与第三电感的第二端电连接。
更进一步的方案是，双向BUCK－BOOST电路包括第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管以及第四电感，第四电感的第一端连接在第二MOS管的源极和第三MOS管的漏极之间，第四电感的第二端连接在第四MOS管的源极和第五MOS管的漏极之间，第四MOS管的漏极与储能电池的正电压输入端电连接，第五MOS管的源极与储能电池的负电压输入端电连接。
由此可见，本发明提供的供电储能系统由光伏板、三路BOOST电路、双向逆变电路和储能电池四个部分构成，三路BOOST电路采用MPPT算法，使光伏板效率一直保持在最高点，可以提升能量转换效率；双向逆变电路实现逆变功能，可以把直流电转变为市电；双向BUCK－BOOST电路可以实现储能电池的充放电。所以，本发明适用于大功率光伏离网储能逆变系统，通过增加储能环节，可以应用于离网、没有负载或者没有足够光照的情况下，并且采用MPPT算法控制三路交错BOOST升压电路，使光伏板工作在最大效率点的同时，可以降低系统成本以及实现难度，以提高系统可靠性。
此外，储能环节和逆变环节都采用双向电路，提高了系统的灵活性，扩展了整个系统的使用范围。
为了实现上述的另一目的，本发明还提供的光伏离网逆控一体供电储能方法，应用于光伏离网逆控一体供电储能系统，该供电储能方法包括：三路BOOST电路用于控制光伏板在最大功率跟踪模式下运行，在确定当前环境满足光照充足的条件后，三路BOOST电路用于对光伏板输出的第一直流电压进行升压处理，双向逆变电路用于将升压处理后的第一直流电压转换为第一交流电压并且输出至用电设备，双向BUCK－BOOST电路用于控制储能电池充电；在确定当前环境满足光照不足的条件后，三路BOOST电路用于对光伏板输出的第二直流电压进行升压处理，双向逆变电路用于将升压处理后的第二直流电压转换为第二交流电压并且输出至用电设备，双向BUCK－BOOST电路用于控制储能电池放电，且双向BUCK－BOOST电路进行升压逆变后通过双向逆变电路为用电设备提供电能。
进一步的方案是，在确定当前环境满足没有光照的条件后，双向BUCK－BOOST电路用于控制储能电池放电，并且双向BUCK－BOOST电路进行升压逆变后通过双向逆变电路为用电设备提供电能。
更进一步的方案是，若光伏离网逆控一体供电储能系统处于异常状态时，则双向逆变电路处于整流状态，并且为储能电池提供能量，其中，异常状态包括光伏板异常、三路BOOST电路异常以及储能电池需要维护等状态。
更进一步的方案是，若光伏板的输出功率为第一功率，则三路BOOST电路采用单组BOOST电路输出；若光伏板的输出功率为第二功率，则三路BOOST电路采用双组BOOST电路输出；若光伏板的输出功率为第三功率，则三路BOOST电路采用三组BOOST电路输出。
由此可见，本发明提供的光伏离网逆控一体供电储能方法适用于大功率光伏离网储能逆变系统，通过增加储能环节，可以应用于离网、没有负载或者没有足够光照的情况下，并且采用MPPT算法控制三路交错BOOST升压电路，使光伏板工作在最大效率点的同时，可以降低系统成本以及实现难度，以提高系统可靠性。此外，储能环节和逆变环节都采用双向电路，提高了系统的灵活性，扩展了整个系统的使用范围。
【附图说明】
图1是本发明光伏离网逆控一体供电储能系统实施例的电路原理图。
图2是本发明光伏离网逆控一体供电储能方法实施例中当光照充足时光伏离网逆控一体供电储能系统的原理图。
图3是本发明光伏离网逆控一体供电储能方法实施例中当光照不足时光伏离网逆控一体供电储能系统的原理图。
图4是本发明光伏离网逆控一体供电储能方法实施例中当没有光照时光伏离网逆控一体供电储能系统的原理图。
【具体实施方式】
为了使发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限用于本发明。
光伏离网逆控一体供电储能系统实施例：
参见图1，本发明的光伏离网逆控一体供电储能系统包括光伏板1、三路BOOST电路10、双向逆变电路20、双向BUCK－BOOST电路30以及储能电池BAT，三路BOOST电路10的输入端连接至光伏板1，三路BOOST电路10的输出端分别与双向逆变电路20、双向BUCK－BOOST电路30电连接，双向逆变电路20与双向BUCK－BOOST电路30电连接，双向逆变电路20为用电设备2输出电能；双向BUCK－BOOST电路30为储能电池BAT输出电能，或者，储能电池BAT为双向BUCK－BOOST电路30提供电源。
其中，三路BOOST电路10采用MPPT算法，使光伏板1效率一直保持在最高点，可以提升能量转换效率；双向逆变电路20在正常工作时处于逆变状态，整个供电储能系统为外界提供一个离网的单相220VAC电源，供用电设备2使用；双向BUCK－BOOST电路30可以对储能电池BAT进行充电，并且根据电池特性决定充电方式，确保电池工作寿命以及在最佳使用状态。
三路BOOST电路10包括三组交错并联的BOOST电路，每一组BOOST电路均包括第一电感、第一二极管以及第一MOS管，第一电感的第一端与光伏板1电连接，第一MOS管的漏极连接在第一电感的第二端和第一二极管的正极之间。具体地，第一组BOOST电路包括电感L1、二级管D1以及MOS管Q1，电感L1的第一端与光伏板1电连接，MOS管Q1的漏极连接在电感L1的第二端和二级管D2的正极之间；第二组BOOST电路包括电感L2、二级管D2以及MOS管Q2，电感L2的第一端与光伏板1电连接，MOS管Q2的漏极连接在电感L2的第二端和二级管D2的正极之间；第三组BOOST电路包括电感L3、二级管D3以及MOS管Q3，电感L3的第一端与光伏板1电连接，MOS管Q3的漏极连接在电感L3的第二端和二级管D3的正极之间。
其中，三路BOOST电路10还包括电容C2，电容C2的第一端与第一二极管的负极电连接，电容C2的第二端与第一MOS管的源极电连接。具体地，二级管D1、二级管D2和二级管D3之间相互并联后串接于电容C2的第一端，电容C2的第二端分别与MOS管Q1的源极、MOS管Q2的源极、MOS管Q3的源极电连接。
在本实施例中，双向逆变电路20包括电感L4、电感L5和电容C3，双向逆变电路20的第一桥臂与电感L4的第一端电连接，双向逆变电路20的第二桥臂与电感L5的第一端电连接，电容C3的第一端与电感L4的第二端电连接，电容C3的第二端与电感L5的第二端电连接。其中，双向逆变电路20的第一桥臂由MOS管Q4和MOS管Q5构成，双向逆变电路20的第二桥臂由MOS管Q6和MOS管Q7构成。
在本实施例中，双向BUCK－BOOST电路30包括MOS管Q8、MOS管Q9、MOS管Q10、MOS管Q11以及电感L6，电感L6的第一端连接在MOS管Q8的源极和MOS管Q9的漏极之间，电感L6的第二端连接在MOS管Q10的源极和MOS管Q11的漏极之间，MOS管Q10的漏极与储能电池BAT的正电压输入端电连接，MOS管Q11的源极与储能电池BAT的负电压输入端电连接。
所以，本发明提供的供电储能系统由光伏板1、三路BOOST电路10、双向逆变电路20和储能电池BAT四个部分构成，三路BOOST电路10采用MPPT算法，使光伏板1效率一直保持在最高点，可以提升能量转换效率；双向逆变电路20实现逆变功能，可以把直流电转变为市电；双向BUCK－BOOST电路30可以实现储能电池BAT的充放电。所以，本发明适用于大功率光伏离网储能逆变系统，通过增加储能环节，可以应用于离网、没有负载或者没有足够光照的情况下，并且采用MPPT算法控制三路交错BOOST升压电路，使光伏板1工作在最大效率点的同时，可以降低系统成本以及实现难度，以提高系统可靠性。
此外，储能环节和逆变环节都采用双向电路，提高了系统的灵活性，扩展了整个系统的使用范围。
光伏离网逆控一体供电储能方法实施例：
本发明的光伏离网逆控一体供电储能方法包括三路BOOST电路10用于控制光伏板1在最大功率跟踪模式下运行，在确定当前环境满足光照充足的条件后，具体地，参见图2，三路BOOST电路10用于对光伏板1输出的第一直流电压进行升压处理，双向逆变电路20用于将升压处理后的第一直流电压转换为第一交流电压并且输出至用电设备2，双向BUCK－BOOST电路30用于控制储能电池BAT充电。其中，三路BOOST电路10采用MPPT算法，使光伏板1效率一直保持在最高点，可以提升能量转换效率；双向逆变电路20在正常工作时处于逆变状态，整个供电储能系统为外界提供一个离网的单相220VAC电源，供用电设备2使用；双向BUCK－BOOST电路30可以对储能电池BAT进行充电，并且根据电池特性决定充电方式，确保电池工作寿命以及在最佳使用状态。
参见图3，在确定当前环境满足光照不足的条件后，三路BOOST电路10用于对光伏板1输出的第二直流电压进行升压处理，双向逆变电路20用于将升压处理后的第二直流电压转换为第二交流电压并且输出至用电设备2，双向BUCK－BOOST电路30用于控制储能电池BAT放电，且双向BUCK－BOOST电路30进行升压逆变后通过双向逆变电路20为用电设备2提供电能。可见，在外界光照强度不足时，储能电池BAT进行放电，然后双向BUCK－BOOST电路30进行升压逆变，为用电设备2提供能量。
参见图4，在确定当前环境满足没有光照的条件后，双向BUCK－BOOST电路30用于控制储能电池BAT放电，并且双向BUCK－BOOST电路30进行升压逆变后通过双向逆变电路20为用电设备2提供电能。
在本实施例中，若光伏离网逆控一体供电储能系统处于异常状态时，则双向逆变电路20处于整流状态，并且为储能电池BAT提供能量，其中，异常状态包括光伏板1异常、三路BOOST电路10异常以及储能电池BAT需要维护等状态。可见，在特殊情况下，例如，光伏板1出现异常或者BOOST电路出现异常，以及储能电池BAT需要维护时，双向逆变电路20可以工作在整流状态，为储能电池BAT充电提供能量。
在本实施例中，若光伏板1的输出功率为第一功率，则三路BOOST电路10采用单组BOOST电路输出；若光伏板1的输出功率为第二功率，则三路BOOST电路10采用双组BOOST电路输出；若光伏板1的输出功率为第三功率，则三路BOOST电路10采用三组BOOST电路输出。其中，第一功率为最小功率，第二功率为中等功率，第三功率为满载功率。可见，通过使用三路交错BOOST电路可以根据输出功率调整BOOST电路使用拓扑方式，例如，最小功率采用单路BOOST电路，中等功率采用双路交错BOOST电路，满载功率采用三路交错BOOST电路。所以，三路BOOST电路10保证在大功率情况下，每路元器件容易进行选型，降低系统的实现难度，提高可靠性，每路BOOST电路相位相差120°。在输出功率较小的情况下，可以选择双路交错BOOST或者单路BOOST，此控制方式根据输出功率决定，在低输出功率时可以减少功率转换时的能量损耗，从而提高整个系统的效率。
由此可见，本发明提供的光伏离网逆控一体供电储能方法适用于大功率光伏离网储能逆变系统，通过增加储能环节，可以应用于离网、没有负载或者没有足够光照的情况下，并且采用MPPT算法控制三路交错BOOST升压电路，使光伏板1工作在最大效率点的同时，可以降低系统成本以及实现难度，以提高系统可靠性。此外，储能环节和逆变环节都采用双向电路，提高了系统的灵活性，扩展了整个系统的使用范围。
需要说明的是，以上仅为本发明的优选实施例，但发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明做出的非实质性修改，也均落入本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.光伏离网逆控一体供电储能系统，其特征在于，包括：
光伏板、三路BOOST电路、双向逆变电路、双向BUCK－BOOST电路以及储能电池，所述三路BOOST电路的输入端连接至所述光伏板，所述三路BOOST电路的输出端分别与所述双向逆变电路、所述双向BUCK－BOOST电路电连接，所述双向逆变电路与所述双向BUCK－BOOST电路电连接，所述双向逆变电路为用电设备输出电能；
所述双向BUCK－BOOST电路为所述储能电池输出电能，或者，所述储能电池为所述双向BUCK－BOOST电路提供电源；
所述三路BOOST电路包括三组交错并联的BOOST电路，每一组BOOST电路均包括第一电感、第一二极管以及第一MOS管，所述第一电感的第一端与所述光伏板电连接，所述第一MOS管的漏极连接在所述第一电感的第二端和所述第一二极管的正极之间。
2.根据权利要求1所述的光伏离网逆控一体供电储能系统，其特征在于：
所述三路BOOST电路还包括第一电容，所述第一电容的第一端与所述第一二极管的负极电连接，所述第一电容的第二端与所述第一MOS管的源极电连接。
3.根据权利要求1所述的光伏离网逆控一体供电储能系统，其特征在于：
所述双向逆变电路包括第二电感、第三电感和第二电容，所述双向逆变电路的第一桥臂与所述第二电感的第一端电连接，所述双向逆变电路的第二桥臂与所述第三电感的第一端电连接，所述第二电容的第一端与所述第二电感的第二端电连接，所述第二电容的第二端与所述第三电感的第二端电连接。
4.根据权利要求1至3任一项所述的光伏离网逆控一体供电储能系统，其特征在于：
所述双向BUCK－BOOST电路包括第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管以及第四电感，所述第四电感的第一端连接在所述第二MOS管的源极和所述第三MOS管的漏极之间，所述第四电感的第二端连接在所述第四MOS管的源极和所述第五MOS管的漏极之间，所述第四MOS管的漏极与所述储能电池的正电压输入端电连接，所述第五MOS管的源极与所述储能电池的负电压输入端电连接。
5.光伏离网逆控一体供电储能方法，应用于如权利要求1至3任一项所述的光伏离网逆控一体供电储能系统，其特征在于，所述供电储能方法包括：
三路BOOST电路用于控制光伏板在最大功率跟踪模式下运行，在确定当前环境满足光照充足的条件后，所述三路BOOST电路用于对所述光伏板输出的第一直流电压进行升压处理，双向逆变电路用于将升压处理后的第一直流电压转换为第一交流电压并且输出至用电设备，双向BUCK－BOOST电路用于控制储能电池充电；
在确定当前环境满足光照不足的条件后，所述三路BOOST电路用于对所述光伏板输出的第二直流电压进行升压处理，所述双向逆变电路用于将升压处理后的第二直流电压转换为第二交流电压并且输出至所述用电设备，所述双向BUCK－BOOST电路用于控制所述储能电池放电，且所述双向BUCK－BOOST电路进行升压逆变后通过所述双向逆变电路为所述用电设备提供电能。
6.根据权利要求5所述的光伏离网逆控一体供电储能方法，其特征在于：
在确定当前环境满足没有光照的条件后，所述双向BUCK－BOOST电路用于控制所述储能电池放电，并且所述双向BUCK－BOOST电路进行升压逆变后通过所述双向逆变电路为所述用电设备提供电能。
7.根据权利要求5或6所述的光伏离网逆控一体供电储能方法，其特征在于：
若所述光伏离网逆控一体供电储能系统处于异常状态时，则所述双向逆变电路处于整流状态，并且为所述储能电池提供能量，其中，所述异常状态包括光伏板异常、三路BOOST电路异常以及储能电池需要维护等状态。
8.根据权利要求5或6所述的光伏离网逆控一体供电储能方法，其特征在于：
若所述光伏板的输出功率为第一功率，则所述三路BOOST电路采用单组BOOST电路输出；若所述光伏板的输出功率为第二功率，则所述三路BOOST电路采用双组BOOST电路输出；若所述光伏板的输出功率为第三功率，则所述三路BOOST电路采用三组BOOST电路输出。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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