CN109698523A - 光伏储能逆变系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光伏发电技术领域,本发明是要解决现有光伏储能逆变系统的母线电能稳定性较差的问题,提出另一种光伏储能逆变系统,包括光伏阵列、逆变器、第一蓄电池组、第二蓄电池组、数据采集模块、控制模块、第一继电器模块、第二继电器模块和第三继电器模块,本发明根据不同光强时段和不同负荷需求对光伏阵列、蓄电池组和负载采取不同的控制策略,灵活调度,实现光伏储能逆变系统的自控,提高了母线的电能稳定性,提升了光电利用率和储能蓄电池组的安全性和使用寿命,适用于离网型光伏储能逆变系统。
Description
技术领域
本发明涉及光伏发电技术领域,具体来说涉及一种光伏储能逆变系统。
背景技术
受光照强度、温度的影响,光伏储能逆变系统发电具有间歇、波动和随机性的特点。中国幅员辽阔,很多偏远地区无法实现电网覆盖,所以用光伏阵列搭配储能电池组实现微网分布式离网型系统是具有实用普及性的一种运营模式。
现有的光伏储能逆变系统,主要包括光伏阵列、控制器、蓄电池组、逆变器和负载,光伏阵列在有光照的情况下将太阳能转换为电能输入至直流母线,经过逆变器逆变成交流电后给负载供电,同时给蓄电池组充电,在无光照时,蓄电池组经升压电路放电至直流母线后通过逆变器逆变成交流电后给负载供电,同时蓄电池组还要给交流逆变器供电,但是,由于光伏阵列产生的能量波动较大,无法保证母线电能的稳定性。
发明内容
本发明的目的是要解决现有光伏储能逆变系统的母线电能稳定性较差的问题,提出另一种光伏储能逆变系统。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是:光伏储能逆变系统,包括光伏阵列和逆变器,其特征在于,还包括:
第一蓄电池组,通过光伏阵列的输出电压充电后可以为系统供电;
第二蓄电池组,通过降压支路从直流母线充电后可以通过升压支路向直流母线放电,经逆变器逆变后给负载供电;
数据采集模块,用于实时采集系统的电压数据、所述第一蓄电池组的第一剩余容量和所述第二蓄电池组的第二剩余容量,并将采集的数据传输至控制模块;
控制模块,用于将所述电压数据、第一剩余容量和第二剩余容量与预设值进行对比,根据对比结果发出相应的控制信号;
第一继电器模块,用于在控制模块的控制信号下接通或切断第一蓄电池组与系统供电端之间的供电回路;
第二继电器模块,用于在控制模块的控制信号下接通或切断直流母线与第二蓄电池组之间的充电回路;
第三继电器模块,用于在控制模块的控制信号下接通或切断第二蓄电池组与直流母线之间的放电回路。
进一步的,为确保系统正常工作,所述电压数据包括光伏阵列的输出电压,所述根据对比结果发出相应的控制信号包括:
当所述光伏阵列的输出电压大于或等于第一预设值时,光伏阵列的输出电压为系统供电,并给第一蓄电池组充电;
当所述光伏阵列的输出电压小于第一预设值,第一剩余容量大于或等于第二预设值时,控制模块控制第一继电器模块接通,第一蓄电池组为系统供电。
所述根据对比结果发出相应的控制信号还包括:
进一步的,为提高发电效率,当所述光伏阵列的输出电压大于或等于第三预设值时,控制模块采用最大功率点跟踪模式控制光伏阵列向直流母线的电容输入电能,所述第三预设值大于第一预设值。
进一步的,为提高输出电压幅值和频率的稳定,所述电压数据包括直流母线电压,所述根据对比结果发出相应的控制信号包括:
当所述直流母线电压大于或等于第四预设值时,控制模块采用负载电流内环和负载电压外环的模式控制逆变器将直流母线上的直流电逆变为交流电后输入至负载。
进一步的,为满足光照低时的负载供电,所述根据对比结果发出相应的控制信号还包括:
当所述直流母线电压大于或等于第五预设值时,控制模块控制第二继电器模块接通,直流母线通过降压电路给第二蓄电池组充电,所述第五预设值大于第四预设值;
当所述第二蓄电池组充满后,控制模块控制第二继电器切断;
当所述直流母线电压小于第五预设值,第二剩余容量大于或等于第六预设值时,控制模块控制第三继电器模块接通,第二蓄电池组通过升压电路向直流母线放电。
进一步的,为提高直流母线电压的稳定性,所述根据对比结果发出相应的控制信号还包括:
当所述直流母线电压大于或等于第七预设值时,控制模块采用StabV稳压模式控制光伏阵列向直流母线输入电能,采用光伏阵列输出电流内环和直流母线电压外环的模式控制逆变器将直流母线上的直流电逆变为交流电后输入至负载,所述第七预设值大于第五预设值。
进一步的,为提高系统的安全性,所述数据采集模块还用于采集第一蓄电池组和第二蓄电池组的总电压、总电流、各单体电池的电压和充放电电流,当检测到过压、欠压、过流或过载时,控制模块发出警报并切断第一继电器模块、第二继电器模块和第三继电器模块。
进一步的,为提高离网型光伏储能逆变系统的母线电能稳定性,所述光伏储能逆变系统为离网型光伏储能逆变系统。
本发明的有益效果是:本发明所述的光伏储能逆变系统,将第一储能电池组和第二储能蓄电池组作为储能单元,根据不同光强时段和不同负荷需求对光伏阵列、蓄电池组和负载采取不同的控制策略,灵活调度,实现光伏储能逆变系统的自控,提高了母线的电能稳定性,提升了光电利用率和储能蓄电池组的安全性和使用寿命。
附图说明
图1为本发明实施例所述的光伏储能逆变系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。
本发明所述的光伏储能逆变系统,包括光伏阵列和逆变器,其特征在于,还包括:第一蓄电池组,通过光伏阵列的输出电压充电后可以为系统供电;第二蓄电池组,通过降压支路从直流母线充电后可以通过升压支路向直流母线放电,经逆变器逆变后给负载供电;数据采集模块,用于实时采集系统的电压数据、所述第一蓄电池组的第一剩余容量和所述第二蓄电池组的第二剩余容量,并将采集的数据传输至控制模块;控制模块,用于将所述电压数据、第一剩余容量和第二剩余容量与预设值进行对比,根据对比结果发出相应的控制信号;第一继电器模块,用于在控制模块的控制信号下接通或切断第一蓄电池组与系统供电端之间的供电回路;第二继电器模块,用于在控制模块的控制信号下接通或切断直流母线与第二蓄电池组之间的充电回路;第三继电器模块,用于在控制模块的控制信号下接通或切断第二蓄电池组与直流母线之间的放电回路。
本发明通过采集系统的电压数据和蓄电池组的剩余容量数据,并与预设值进行对比,进而针对不同的光照强度情况以及不同的负荷需求情况,通过第一继电器模块、第二继电器模块和第三继电器模块对光伏储能逆变系统的系统供电和负载供电进行灵活调度,实现光伏储能逆变系统的自控,提高母线的电能稳定性。
实施例
本发明实施例所述的智光伏储能逆变系统可以是离网型光伏储能逆变系统,如图1所示,包括光伏阵列和逆变器,还包括:
第一蓄电池组,通过光伏阵列的输出电压充电后可以为系统供电;
第二蓄电池组,通过降压支路从直流母线充电后可以通过升压支路向直流母线放电,经逆变器逆变后给负载供电;
其中,第一蓄电池组和第二蓄电池组可以是分别由多个单体蓄电池串联而成,其中,第一蓄电池组吸收光伏阵列的微光电能直接进行充电,在光照较低时,如,可以在光伏阵列无法对外发出电功率的情况下给系统供电,包括给控制模块、逆变器、信号采集模块和各个继电器模块供电,直到光照强度增加,第二蓄电池组通过Buck降压电路从直流母线获得电能进行充电,将多余的能量存储,以便在光照强度低时,通过Boost升压电路向直流母线提供电能进行放电,从而保证负载的供电,第一蓄电池组的容量可以较小,第二蓄电池组的容量可以较大。
数据采集模块,用于实时采集系统的电压数据、所述第一蓄电池组的第一剩余容量和所述第二蓄电池组的第二剩余容量,并将采集的数据传输至控制模块;
其中,数据采集模块包括电压数据采集模块和电池剩容量采集模块,电压数据采集模块可以是电压互感器或者其他电压采集装置,电池剩余容量采集模块可以是电量计量芯片或其他电量采集装置。
控制模块,用于将所述电压数据、第一剩余容量和第二剩余容量与预设值进行对比,根据对比结果发出相应的控制信号;
其中,控制模块包括模数转换模块和若干通用IO端口,模数转换模块用于将数据采集模块采集的信号转换成数字信号,三个通用IO端口分别与第一继电器模块、第二继电器模块和第三继电器模块的控制输入端连接,用于根据数据处理结果输出相应的控制信号,其中,控制模块可以是微处理控制器、中央处理器或者其他具有处理和运算能力的控制模块。
第一继电器模块,用于在控制模块的控制信号下接通或切断第一蓄电池组与系统供电端之间的供电回路;
第二继电器模块,用于在控制模块的控制信号下接通或切断直流母线与第二蓄电池组之间的充电回路;
第三继电器模块,用于在控制模块的控制信号下接通或切断第二蓄电池组与直流母线之间的放电回路。
第一继电器模块、第二继电器模块和第三继电器模块可以是继电器或者其他具有电控制能力的开关器件,第一继电器模块、第二继电器模块和第三继电器模块在控制模块的控制信号的作用下对相应的电气连接进行开关控制。
上述控制电路的工作原理是:
数据采集模块采集的数据包括光伏阵列输出电压、直流母线电压、第一剩余容量和第二剩余容量,系统初始化,控制模块将采集数据与预设值进行对比,根据对比结果发出相应的控制信号:
当所述光伏阵列的输出电压小于第一预设值,第一剩余容量小于第二预设值时,系统除数据采集模块外,如,逆变器和控制模块均处于低功耗状态,第一预设值和第二预设值根据实际情况设置,如,第一预设值可以是40V,第二预设值可以是第一蓄电池组总容量的25%;
若光照强度增加,当所述光伏阵列的输出电压大于或等于第一预设值时,光伏阵列的输出电压为系统供电,并给第一蓄电池组充电,直到第一蓄电池组充满,充满后,光伏阵列的输出电压仅为系统供电;
若光照强度变低,当所述光伏阵列的输出电压小于第一预设值,第一剩余容量大于或等于第二预设值时,控制模块控制第一继电器模块接通,第一蓄电池组为系统供电。
若光照强度持续增加,当所述光伏阵列的输出电压大于或等于第三预设值时,控制模块采用最大功率点跟踪模式控制光伏阵列向直流母线的电容(图中未示意)输入电能,其中,第三预设值大于第一预设值,第三预设值可以根据实际情况设置,如,第三预设值可以是45V。
其中,最大功率点跟踪模式可以通过控制模块控制MPPT控制器开启,MPPT控制器的控制输入端与控制模块的IO端口连接,MPPT控制器实时检测光伏阵列的发电电压,并追踪最高电压电流值,使系统以最高效率向直流母线的电容输入电能。
随着光伏阵列的电压输出端持续向直流母线的电容输入电能,当所述直流母线电压大于或等于第四预设值时,控制模块采用负载电流内环和负载电压外环的模式控制逆变器将直流母线上的直流电逆变为交流电后输入至负载,第四预设值可以根据实际情况设置,如,第四预设值可以是330V。
随着光伏阵列的电压输出端持续向直流母线的电容输入电能,当所述直流母线电压大于或等于第五预设值时,控制模块控制第二继电器模块接通,直流母线通过降压电路给第二蓄电池组充电,其中,第五预设值大于第四预设值,第五预设值可以根据实际情况设置,如,第五预设值可以是360V;
当所述第二蓄电池组充满后,控制模块控制第二继电器切断,停止对第二蓄电池组充电;
当所述直流母线电压小于第五预设值,第二剩余容量大于或等于第六预设值时,控制模块控制第三继电器模块接通,第二蓄电池组通过升压电路向直流母线放电,第六预设值可以根据实际情况设置,如,第六预设值可以是第二蓄电池组总容量的25%。
随着光伏阵列的电压输出端持续向直流母线的电容输入电能,当所述直流母线电压大于或等于第七预设值时,控制模块采用StabV稳压模式控制光伏阵列向直流母线的电容输入电能,采用光伏阵列输出电流内环和直流母线电压外环的模式控制逆变器将直流母线上的直流电逆变为交流电后输入至负载,确保直流母线电压稳定在第七预设值,其中,第七预设值大于第五预设值,第七预设值可以根据实际情况设置,如,第七预设值可以是380V。
可选的,所述数据采集模块还用于采集第一蓄电池组和第二蓄电池组的总电压、总电流、各单体电池的电压和充放电电流,当检测到过压、欠压、过流或过载时,发出警报并切断第一继电器模块、第二继电器模块和第三继电器模块。
可以理解的是,通过电压互感器和电流互感器或者其他电压电流检测装置对第一蓄电池组和第二蓄电池组的各电压电流进行检测,若发生过压、欠压、过流或过载时,及时发出报警并切断各继电器模块,保证系统安全。
综上所述,本发明实施例所述的光伏储能逆变系统根据光照强度、光照持续时间以及负荷需求对系统供电、储能和负载采取不同的控制策略,实现分布式光伏储能逆变系统的自控,提高了直流母线电能稳定性,提升了光电利用率以及蓄电池组的安全性寿命。
Claims (8)
1.光伏储能逆变系统,包括光伏阵列和逆变器,其特征在于,还包括:
第一蓄电池组,通过光伏阵列的输出电压充电后可以为系统供电;
第二蓄电池组,通过降压支路从直流母线充电后可以通过升压支路向直流母线放电,经逆变器逆变后给负载供电;
数据采集模块,用于实时采集系统的电压数据、所述第一蓄电池组的第一剩余容量和所述第二蓄电池组的第二剩余容量,并将采集的数据传输至控制模块;
控制模块,用于将所述电压数据、第一剩余容量和第二剩余容量与预设值进行对比,根据对比结果发出相应的控制信号;
第一继电器模块,用于在控制模块的控制信号下接通或切断第一蓄电池组与系统供电端之间的供电回路;
第二继电器模块,用于在控制模块的控制信号下接通或切断直流母线与第二蓄电池组之间的充电回路;
第三继电器模块,用于在控制模块的控制信号下接通或切断第二蓄电池组与直流母线之间的放电回路。
2.如权利要求1所述的光伏储能逆变系统,其特征在于,所述电压数据包括光伏阵列的输出电压,所述根据对比结果发出相应的控制信号包括:
当所述光伏阵列的输出电压大于或等于第一预设值时,光伏阵列的输出电压为系统供电,并给第一蓄电池组充电;
当所述光伏阵列的输出电压小于第一预设值,第一剩余容量大于或等于第二预设值时,控制模块控制第一继电器模块接通,第一蓄电池组为系统供电。
3.如权利要求2所述的光伏储能逆变系统,其特征在于,所述根据对比结果发出相应的控制信号还包括:
当所述光伏阵列的输出电压大于或等于第三预设值时,控制模块采用最大功率点跟踪模式控制光伏阵列向直流母线的电容输入电能,所述第三预设值大于第一预设值。
4.如权利要求1所述的光伏储能逆变系统,其特征在于,所述电压数据包括直流母线电压,所述根据对比结果发出相应的控制信号包括:
当所述直流母线电压大于或等于第四预设值时,控制模块采用负载电流内环和负载电压外环的模式控制逆变器将直流母线上的直流电逆变为交流电后输入至负载。
5.如权利要求4所述的光伏储能逆变系统,其特征在于,所述根据对比结果发出相应的控制信号还包括:
当所述直流母线电压大于或等于第五预设值时,控制模块控制第二继电器模块接通,直流母线通过降压电路给第二蓄电池组充电,所述第五预设值大于第四预设值;
当所述第二蓄电池组充满后,控制模块控制第二继电器切断;
当所述直流母线电压小于第五预设值,第二剩余容量大于或等于第六预设值时,控制模块控制第三继电器模块接通,第二蓄电池组通过升压电路向直流母线放电。
6.如权利要求4所述的光伏储能逆变系统,其特征在于,所述根据对比结果发出相应的控制信号还包括:
当所述直流母线电压大于或等于第七预设值时,控制模块采用StabV稳压模式控制光伏阵列向直流母线的电容输入电能,采用光伏阵列输出电流内环和直流母线电压外环的模式控制逆变器将直流母线上的直流电逆变为交流电后输入至负载,所述第七预设值大于第五预设值。
7.如权利要求1所述的光伏储能逆变系统,其特征在于,所述数据采集模块还用于采集第一蓄电池组和第二蓄电池组的总电压、总电流、各单体电池的电压和充放电电流,当检测到过压、欠压、过流或过载时,发出警报并切断第一继电器模块、第二继电器模块和第三继电器模块。
8.如权利要求1至7任一项所述的光伏储能逆变系统,其特征在于,所述光伏储能逆变系统为离网型光伏储能逆变系统。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190430 |
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