CN109861200A - 离网黑启动的光储直流电网系统及其运行方法 - Google Patents

离网黑启动的光储直流电网系统及其运行方法 Download PDF

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Abstract

本公开提出一种离网黑启动的光储直流电网系统及其运行方法,涉及太阳能发电技术领域。本公开的一种光储系统,包括:将光能转化为电能的光伏PV组件;与PV组件连接,产生直流电的光伏直流DC设备;和第一开关电源,当PV组件发电电压达到第一开关电源的启动电压时第一开关电源导通,其中,第一开关电源从PV组件取电,并输出给光伏DC设备。这样的光储系统能够实现在储能电池储能不足情况下的黑启动,提高光储电网运行的可靠性和稳定性。

Description

离网黑启动的光储直流电网系统及其运行方法
技术领域
本公开涉及太阳能发电技术领域,特别是一种离网黑启动的光储直流电网系统及其运行方法。
背景技术
光储直流微电网系统离网运行时,由储能系统稳定母线,提供能量来源。储能系统内部储能侧DC(Direct Current,直流)/DC转换器(下文中将储能侧DC/DC设备简称为储能DC设备)工作电源由储能电池提供,如图1所示。储能电池维持直流母线导通,当光照充足时,光伏侧DC/DC转换器(下文中将光伏侧DC/DC设备简称为光伏DC设备)和储能DC设备工作,带动直流微电网发电并正常运行。
发明内容
发明人发现,当储能电池电量(或单体电压)过低时,即使光照再好,光储微网系统亦无法启动运行。
本公开的一个目的在于提高光储电网运行的可靠性和稳定性。
根据本公开的一个方面,提出一种光储系统,包括:将光能转化为电能的PV(Photovoltaic,光伏)组件;与PV组件连接,产生直流电的光伏DC设备;和第一开关电源,当PV组件发电电压达到第一开关电源的启动电压时第一开关电源导通,其中,第一开关电源从PV组件取电,并输出给光伏DC设备。
在一些实施例中,光储系统还包括:与光伏DC设备通过直流母线连接的储能DC设备;与储能DC设备连接的储能电池;和,第二开关电源,当直流母线的电压达到第二开关电源的启动电压时第二开关电源导通;其中,第二开关电源在储能电池储能不满足第二开关电源的导通需求的情况下从直流母线取电,并输出给储能DC设备。
在一些实施例中,第二开关电源在储能电池储能满足第二开关电源的导通需求的情况下从储能电池取电,并输出给储能DC设备。
在一些实施例中,光储系统还包括:位于直流母线的电能输出端,与直流负载连接以便向直流负载供电;其中,优先通过光伏DC设备向直流负载供电。
在一些实施例中,在PV组件正常运行,且储能电池无需充电的情况下,直流母线由储能电池维持导通,光伏DC设备以MPPT(Maximum Power Point Tracking,最大功率点跟踪)状态运行。
在一些实施例中,储能电池在储能不足的情况下接收来自储能DC的直流电并存储,在储能充足且光伏DC供电不满足用电需求的情况下向负载供电。
在一些实施例中,储能电池执行以下至少一项:在储能电压小于第一阈值时停止向负载供电,并在收到储能DC的直流电的情况下储能;在储能电压大于等于第一阈值、小于等于第二阈值时向负载供电,并在收到储能DC的直流电的情况下储能;或在储能电压大于第二阈值时向负载供电。
在一些实施例中,光储系统还包括:BMS(Battery Management System,电池管理系统),被配置为控制切换第二开关电源的取电点。
在一些实施例中,第二开关电源在导通的状态下为BMS供电。
这样的光储系统中,通过将光伏DC设备的工作电源取电点移至PV组件,使得光伏开路电压满足开关电源输入电压范围要求时光伏DC设备可发电,从而实现在储能电池储能不足情况下的黑启动,提高光储电网运行的可靠性和稳定性。
根据本公开的另一些实施例的一个方面,提出一种光储系统运行方法,包括:在光照充足的情况下,PV组件将光能转化为电能;从PV组件取电的第一开关电源导通,激活与PV组件连接的光伏直流DC设备工作;光伏DC设备产生直流电。
在一些实施例中,光储系统运行方法还包括:从直流母线取电的第二开关电源导通,激活储能DC设备工作,其中,储能DC设备通过直流母线连接光伏DC设备;储能DC设备利用来自光伏DC设备的电能为储能电池充电。
在一些实施例中,光储系统运行方法还包括:当储能电池储能满足第二开关电源的导通需求时,将第二开关电源切换至从储能电池取电;和当储能电池储能不满足第二开关电源的导通需求时,将第二开关电源切换至从直流母线取电。
在一些实施例中,光储系统运行方法还包括:通过直流母线向直流负载供电,其中,优先通过光伏DC设备向直流负载供电,在光伏DC设备供电不满足用电需求的情况下,通过储能电池补充供电。
在一些实施例中,光储系统运行方法还包括:在PV组件正常运行,且储能电池无需充电的情况下,由储能电池维持直流母线导通,光伏DC设备以MPPT状态运行。
在一些实施例中,光储系统运行方法还包括:储能电池执行以下至少一项:在储能电压小于第一阈值时停止向负载供电,并在收到储能DC的直流电的情况下储能;在储能电压大于等于第一阈值、小于等于第二阈值时向负载供电,并在收到储能DC的直流电的情况下储能;或在储能电压大于第二阈值时向负载供电。
通过这样的方法,光伏DC设备的工作电源取电点为PV组件,当光伏开路电压满足开关电源输入电压范围要求时,光伏DC设备可发电,从而实现在储能电池储能不足情况下的黑启动,提高光储电网运行的可靠性和稳定性。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本公开的进一步理解,构成本公开的一部分,本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开,并不构成对本公开的不当限定。在附图中:
图1为相关技术中储能光储系统取电方案的示意图。
图2为本公开的光储系统的一个实施例的示意图。
图3为本公开的光储系统的另一个实施例的示意图。
图4为本公开的光储系统的又一个实施例的示意图。
图5为本公开的光储系统运行方法的一个实施例的流程图。
图6为本公开的光储系统运行方法的另一个实施例的流程图。
图7为本公开的光储系统运行方法的又一个实施例的流程图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例,对本公开的技术方案做进一步的详细描述。
发明人发现,之所以当储能电池过度放电后光储系统在光照恢复的情况下无法自启动,是由于光伏侧变流器工作电源由直流母线提供,但当储能系统无法启动维持直流母线时,光伏DC设备不能工作,无法正常完成。
本公开的光储系统的一个实施例的示意图如图2所示。PV组件1在光照充足的情况下,能够将光能转化为电能;第一开关电源3从PV组件取电,当PV组件1发电电压达到第一开关电源3的导通电压时,第一开关电源3导通。第一开关电源3将取自PV组件1的电能输出给光伏DC设备2,从而控制与PV组件连接的光伏DC设备2的工作。在第一开关电源3导通时,光伏DC设备2工作,产生直流电。
这样的光储系统中,通过将光伏DC设备的工作电源取电点移至PV组件,使得光伏开路电压满足开关电源输入电压范围要求(光照充足或PV组件发电功率大于光伏DC设备启动功率)时光伏DC设备可发电,从而实现在储能电池储能不足情况下的黑启动,提高光储电网运行的可靠性和稳定性。
本公开的光储系统的另一个实施例的示意图如图3所示。光储系统中除了如图2中所示的PV组件1、光伏DC设备2和第一开关电源3外,还包括储能DC设备4、储能电池5和第二开关电源6。储能DC设备4与光伏DC设备2通过直流母线连接。储能电池5与储能DC设备4连接。第二开关电源6从直流母线取电,并提供给储能DC设备4。当光伏DC设备2工作产生直流电时,直流母线导通。当直流母线的电压达到第二开关电源6的启动电压时,第二开关电源6导通,输出电能给储能DC设备4,储能DC设备4工作,储能电池5能够充电。
这样的光储系统能够保证在储能电池储能不足(如不能满足第二开关电源6的导通需求,或不能维持直流母线稳定)的情况下,光伏DC设备和储能DC设备在阳光充足时利用PV组件发电启动工作,并为储能电池充电,以备在光照不足的情况下提供电能,保证了光储系统的稳定、循环运行。
在一些实施例中,在PV组件产能充足,且储能电池储能充足的情况下,直流母线由储能电池维持导通,光伏DC设备以MPPT状态运行,提高提高系统产能的效率,保证满足负载需求的同时,也降低了能源浪费。
本公开的光储系统的又一个实施例的示意图如图4所示。第二开关电源6的取电点可在直流母线和储能电池5之间切换。当储能电池5的储能不足(如输出电压低于第二开关电源6的启动门限电压)时,第二开关电源6的取电点切换至直流母线,从而保证在黑启动情况下储能电池充电;当储能电池5的储能充足(如输出电压大于等于第二开关电源6的启动门限电压)时,第二开关电源6的取电点切换至储能电池5,由储能电池5维持储能DC设备4正常运行,从而保证在光照不足情况下储能DC设备的正常工作。
这样的光储系统能够实现在光照充足但储能不足的情况下的充电,以及储能充足但光照不足情况下的正常运行,提高了系统的稳定性。
在一些实施例中,如图4所示,光储系统还可以包括BMS 7,还能够控制切换第二开关电源的取电点在直流母线和储能电池5之间的切换。在一些实施例中,可以在储能系统执行防止电池出现过度充电和过度放电功能的BMS中进行改进,增加切换第二开关电源的取电点的功能。在另一些实施例中,也可以单独配置额外的BMS以实现切换第二开关电源的取电点的功能。
在一些实施例中,BMS 7可以由操作人员手动控制,也可以利用自动化程序触发切换过程。
在一些实施例中,第二开关电源6可以同时给储能DC设备4和BMS 7提供工作电源,BMS在第二开关电源导通的情况下工作,从而保证BMS在工作时第二开关电源6为导通状态且储能DC设备4为工作状态,即光储系统处于运行状态,避免了在光照不足且储能不足情况下进行无用的操作的可能性。在一些实施例中,第二开关电源6可以为相关技术中储能系统的BMS供电,也可以为具备切换第二开关电源的取电点的功能的BMS供电,从而保证BMS在黑启动的情况下能够与储能DC设备同步启动运行。
举例说明:若第一、第二开关电源的输入电压范围为100V~400V;储能DC设备的工作电压范围为150V~400V;直流母线导通电压为360V。
当储能电池电压长时间使用得不到充电,储能电池电压降至150V~100V之间时,第二开关电源可正常从储能电池取电,但储能电池无法输出放电。此时若光伏发电充足可给储能充电至储能电池电压150V以上,系统正常运行。若长时间无法充电储能系统自耗电至储能电池电压低于100V时,从储能侧取电的第二开关电源无法导通,此时将通过双电源开关切换至直流母线侧取电,待光伏发电后直接给储能充电。光伏开路电压满足启动条件(在100V~400V之间),光伏DC设备即可发电,直接给储能电池充电,直到储能电池电压大于150V,将双电源开关切换至储能电池侧供电,储能系统可正常工作,系统正常离网运行。
上述实施例中的数据只做示例,并不造成对本公开的不当限制。
本公开的光储系统运行方法的一个实施例的流程图如图5所示。
在步骤501中,在光照充足的情况下,光伏PV组件将光能转化为电能。
在步骤502中,当PV组件产生的电压满足第一开关电源导通的导通需求时,从PV组件取电的第一开关电源导通,激活光伏直流DC设备工作。
在步骤503中,光伏DC设备产生直流电。
通过这样的方法,光伏DC设备的工作电源取电点为PV组件,当光伏开路电压满足开关电源输入电压范围要求时,光伏DC设备可发电,从而实现在储能电池储能不足情况下的黑启动,提高光储电网运行的可靠性和稳定性。
本公开的光储系统运行方法的另一个实施例的流程图如图6所示。
在步骤601中,在光照充足且储能电池储能不足的情况下,光伏PV组件将光能转化为电能。
在步骤602中,当PV组件产生的电压满足第一开关电源导通的导通需求时,从PV组件取电的第一开关电源导通,激活光伏直流DC设备工作。
在步骤603中,光伏DC设备产生直流电。
在步骤604中,储能DC设备与光伏DC设备之间的直流母线依靠光伏DC产生的直流电导通,当直流母线电压达到第二开关电源的导通需求时,从直流母线取电的第二开关电源导通,实现向储能DC供电,激活储能DC设备工作。
在步骤605中,储能DC设备利用来自光伏DC设备的电能为储能电池充电。
通过这样的方法,能够保证在储能电池储能不足(不满足第二开关电源的导通需求)的情况下,光伏DC设备和储能DC设备在阳光充足时利用PV组件发电启动工作,并为储能电池充电,以备在光照不足的情况下提供电能,保证了光储系统的稳定、循环运行。
在一些实施例中,第二开关电源的取电点可以在直流母线和储能电池之间切换,从而保证在黑启动情况下储能电池充电,也能够保证在光照不足情况下储能DC设备的正常工作,提高了系统的稳定性。
本公开的光储系统运行方法的又一个实施例的流程图如图7所示。在光照不足的情况下,储能电池对外供电。
在步骤701中,开始,光照不足以满足PV组件的运行需求,储能电池输出电压大于等于第二阈值。在一些实施例中,第二阈值为能够满足对负载供电需求的阈值,如150V。
在步骤702中,负载在储能电池功能的支持下工作,第二开关电源的取电点在储能电池侧,第二开关电源呈导通状态,储能DC设备和BMS工作。
在步骤703中,判断是否光照充足。若光照充足,则执行步骤710。若光照依旧不充足,则执行步骤704。光照充足指光照能够满足PV组件的运行要求。
在步骤704中,随着储能电池的电能消耗,判断储能电池的输出电压小于第二阈值且大于等于第一阈值。若储能电池的输出电压小于第二阈值且大于第一阈值,则执行步骤705;若储能电池的输出电压依旧大于等于第二阈值,则执行步骤704,直至储能电池的输出电压小于第二阈值。在一些实施例中,第一阈值为能够使第二开关电源导通的阈值。
在步骤705中,切断负载,储能电池输出电压维持第二开关电源导通,BMS能够工作。
在步骤706中,判断是否光照充足。若光照充足,则执行步骤710。若光照依旧不充足,则执行步骤707。
在步骤707中,判断储能电池的输出电压是否小于第一阈值。若小于第一阈值,则执行步骤708;若储能电池的输出电压依旧大于等于第一阈值,则执行步骤707,直至储能电池的输出电压小于第一阈值。
在步骤708中,切断负载,第二开关电源无法启动,BMS、储能DC设备均不工作。在一些实施例中,此时可将第二开关电源的取电点切换至直流母线。
在步骤709中,判断是否光照充足。若光照充足,则执行步骤710。若光照依旧不充足,则维持当前状态,直至光照充足。
在步骤710中,光伏DC设备产生电流,直流母线导通。
在步骤711中,判断储能电池的输出电压是否小于第一阈值。若小于第一阈值,则执行步骤712;若不小于第一阈值,则执行步骤713。
在步骤712中,不向负载供电,负载不工作;第二开关电源在直流母线电流下导通,储能DC设备工作,对储能电池充电。进而执行步骤711监控储能电池输出电压的变化情况,直至储能电池的输出电压不小于第一阈值。
在一些实施例中,若在步骤712的状态下光照无法维持PV组件发电,则可跳转至步骤708。
在步骤713中,判断储能电池电压是否小于第二阈值且大于等于第一阈值。若储能电池电压是否小于第二阈值且大于第一阈值,则执行步骤714;否则,则储能电池的电压大于等于第二阈值,执行步骤715。
在步骤714中,光伏DC设备向负载供电,负载工作。储能电池依旧保持充电状态。在一些实施例中,可以将第二开关电源的取电点切换至储能电池侧,以备光照不足的情况发生时储能DC的正常工作。
在一些实施例中,若在步骤714的状态下光照无法维持PV组件发电,则可跳转至步骤705。
在步骤715中,光伏DC设备向负载供电,负载工作。储能电池可以对外供电,以弥补光伏DC设备对外供电的不足。在一些实施例中,储能电池也可以停止充电,如已充电至储能极限状态,光伏DC设备工作在MTTP状态。
在一些实施例中,若在步骤715的状态下光照无法维持PV组件发电,则可跳转至步骤701。
通过这样的方法,能够在出现恶劣天气导致光伏长时间不能发电,系统用电负载持续用电,或长时间静置储能系统自耗电将储能电池电量耗尽的情况下,由PV组件发电实现系统的重新启动,避免系统瘫痪,提高系统的可靠性。
本公开是参照根据本公开实施例的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
至此,已经详细描述了本公开。为了避免遮蔽本公开的构思,没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述,完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。
可能以许多方式来实现本公开的方法以及装置。例如,可通过软件、硬件、固件或者软件、硬件、固件的任何组合来实现本公开的方法以及装置。用于所述方法的步骤的上述顺序仅是为了进行说明,本公开的方法的步骤不限于以上具体描述的顺序,除非以其它方式特别说明。此外,在一些实施例中,还可将本公开实施为记录在记录介质中的程序,这些程序包括用于实现根据本公开的方法的机器可读指令。因而,本公开还覆盖存储用于执行根据本公开的方法的程序的记录介质。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本公开的技术方案而非对其限制;尽管参照较佳实施例对本公开进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本公开的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换;而不脱离本公开技术方案的精神,其均应涵盖在本公开请求保护的技术方案范围当中。

Claims (15)

1.一种光储系统,包括:
将光能转化为电能的光伏PV组件;
与所述PV组件连接,产生直流电的光伏直流DC设备;和
第一开关电源,当所述PV组件发电电压达到所述第一开关电源的启动电压时所述第一开关电源导通,其中,所述第一开关电源从所述PV组件取电,并输出给所述光伏DC设备。
2.根据权利要求1所述的系统,还包括:
与所述光伏DC设备通过直流母线连接的储能DC设备;
与所述储能DC设备连接的储能电池;和,
第二开关电源,当所述直流母线的电压达到所述第二开关电源的启动电压时所述第二开关电源导通;
其中,所述第二开关电源在所述储能电池储能不满足第二开关电源的导通需求的情况下从所述直流母线取电,并输出给储能DC设备。
3.根据权利要求2所述的系统,其中,所述第二开关电源在储能电池储能满足第二开关电源的导通需求的情况下从所述储能电池取电,并输出给储能DC设备。
4.根据权利要求2或3所述的系统,还包括:位于直流母线的电能输出端,与直流负载连接以便向所述直流负载供电;
其中,优先通过所述光伏DC设备向所述直流负载供电。
5.根据权利要求2或3所述的系统,其中,
在所述PV组件正常运行,且所述储能电池无需充电的情况下,所述直流母线由所述储能电池维持导通,所述光伏DC设备以最大功率点跟踪MPPT状态运行。
6.根据权利要求2或3所述的系统,其中,所述储能电池在储能不足的情况下接收来自储能DC的直流电并存储,在储能充足且所述光伏DC供电不满足用电需求的情况下向负载供电。
7.根据权利要求6所述的系统,其中,所述储能电池执行以下至少一项:
在储能电压小于第一阈值时停止向负载供电,并在收到储能DC的直流电的情况下储能;
在储能电压大于等于所述第一阈值、小于等于第二阈值时向负载供电,并在收到储能DC的直流电的情况下储能;或
在储能电压大于所述第二阈值时向负载供电。
8.根据权利要求3所述的系统,还包括:
电池管理系统BMS,被配置为控制切换所述第二开关电源的取电点。
9.根据权利要求3或8所述的系统,其中,所述第二开关电源在导通的状态下为BMS供电。
10.一种光储系统运行方法,包括:
在光照充足的情况下,光伏PV组件将光能转化为电能;
从所述PV组件取电的第一开关电源导通,激活与所述PV组件连接的光伏直流DC设备工作;
所述光伏DC设备产生直流电。
11.根据权利要求10所述的方法,还包括:
从直流母线取电的第二开关电源导通,激活储能DC设备工作,其中,所述储能DC设备通过直流母线连接所述光伏DC设备;
所述储能DC设备利用来自所述光伏DC设备的电能为所述储能电池充电。
12.根据权利要求11所述的方法,还包括:
当所述储能电池储能满足第二开关电源的导通需求时,将所述第二开关电源切换至从所述储能电池取电;和
当所述储能电池储能不满足第二开关电源的导通需求时,将所述第二开关电源切换至从所述直流母线取电。
13.根据权利要求11或12所述的方法,还包括:
通过所述直流母线向直流负载供电,其中,优先通过所述光伏DC设备向所述直流负载供电,在所述光伏DC设备供电不满足用电需求的情况下,通过储能电池补充供电。
14.根据权利要求11或12所述的方法,还包括:
在所述PV组件正常运行,且所述储能电池无需充电的情况下,由所述储能电池维持所述直流母线导通,所述光伏DC设备以最大功率点跟踪MPPT状态运行。
15.根据权利要求11或12所述的方法,还包括:
所述储能电池执行以下至少一项:
在储能电压小于第一阈值时停止向负载供电,并在收到储能DC的直流电的情况下储能;
在储能电压大于等于所述第一阈值、小于等于第二阈值时向负载供电,并在收到储能DC的直流电的情况下储能;或
在储能电压大于所述第二阈值时向负载供电。
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