CN112865669A - 基于光伏发电、电池储能与电网的直流供电方法及系统 - Google Patents

基于光伏发电、电池储能与电网的直流供电方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于光伏发电、电池储能与电网的直流供电方法及系统，该方法通过获取电池系统的电压，来确定直流母线的供电电源；其中，若电池系统的电压高于直流母线的供电电压，则由光伏发电系统单独为负载供电，或在光伏发电系统的发电功率不满足负载需求时，由光伏发电系统与电池系统共同为负载供电；而若电池系统的电压低于直流母线的供电电压，则由电网单独为负载供电，且由光伏发电系统对电池系统充电。因此，本发明在运行中采用电池系统优先的工作原则，时刻保证电池系统可作为后备电源使用，从而提高小功率光伏+储能系统在面向低压直流负载场景下的电能使用效率。

Description

基于光伏发电、电池储能与电网的直流供电方法及系统
技术领域
本发明涉及光伏储能技术，尤其涉及一种基于光伏发电、电池储能与电网的直流供电方法及系统。
背景技术
现有的小功率(500-1000W)光伏+储能的系统，光伏方阵在有光照的情况下将太阳能转换为电能，通过太阳能控制逆变一体机给负载供电，同时给蓄电池组充电；在无光照时，由蓄电池给太阳能控制逆变一体机供电，再给交流负载供电。但是，若存在大量低压直流负载的情况下，则必须通过开关电源将交流整流为直流；由于控制逆变一体机本身拓扑决定，系统自损至少占总功率的15％，再额外增加交直流转换设备，大大增加了系统的自耗电情况，如果连续遇上很多个阴雨天，难以保证电量能满足使用要求。
因此，需要提出一种提高小功率光伏+储能系统在面向低压直流负载场景下的电能使用效率的技术方案。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的不足，本发明的目的在于：提供一种基于光伏发电、电池储能与电网的直流供电方法，以提高小功率光伏+储能系统在面向低压直流负载场景下的电能使用效率。
为实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
一种基于光伏发电、电池储能与电网的直流供电方法，通过直流母线为负载供电，其包括：获取电池系统的电压，并判断所述电池系统的电压是否高于所述直流母线的供电电压；
若所述电池系统的电压高于所述直流母线的供电电压，则由所述光伏发电系统单独为负载供电或由所述光伏发电系统与所述电池系统共同为负载供电；其中，在所述光伏发电系统的发电功率不满足负载需求时，由所述光伏发电系统与所述电池系统共同为负载供电；
若所述电池系统的电压低于所述直流母线的供电电压，则由电网单独为负载供电，且由所述光伏发电系统对所述电池系统充电。
根据一种具体的实施方式，本发明基于光伏发电、电池储能与电网的直流供电方法中，若电网停电，由所述光伏发电系统单独为负载供电或由所述光伏发电系统与所述电池系统共同为负载供电；其中，在所述光伏发电系统的发电功率不满足负载需求时，由所述光伏发电系统与所述电池系统共同为负载供电；而在所述光伏发电系统的发电功率满足需求时，由所述光伏发电系统单独为负载供电，且其余电能为所述电池系统充电。
根据一种具体的实施方式，本发明基于光伏发电、电池储能与电网的直流供电方法中，通过光伏MPPT控制器和BMS电池管理系统共同控制所述电池系统的充电过程，以及所述光伏发电系统与所述电池系统共同为负载供电的供电过程。
根据一种具体的实施方式，本发明基于光伏发电、电池储能与电网的直流供电方法中，所述直流母线的供电电压为24V；所述电池系统的电压为22.4V～28.4V。
本发明的另一方面，还提供一种基于光伏发电、电池储能与电网的直流供电系统，其包括：光伏控制器、电网接入控制器、电池系统、第一开关、第二开关以及直流母线；其中，
所述直流母线，用于连接负载；
所述光伏控制器和所述电网接入控制器分别获取电池系统的电压，并判断所述电池系统的电压是否高于所述直流母线的供电电压；
而且，所述光伏控制器用于在所述电池系统的电压高于所述直流母线的供电电压时，控制所述第一开关导通，使光伏发电系统单独为负载供电或所述光伏发电系统与所述电池系统共同为负载供电，以及在所述电池系统的电压低于所述直流母线的供电电压时，控制所述光伏发电系统对所述电池系统充电；其中，在所述光伏发电系统的发电功率不满足负载需求时，控制所述光伏发电系统与所述电池系统共同为负载供电；
所述电网接入控制器用于在所述电池系统的电压低于所述直流母线的供电电压时，控制所述第二开关导通，使电网接入并单独为负载供电充电。
根据一种具体的实施方式，本发明基于光伏发电、电池储能与电网的直流供电系统中，所述光伏控制器和所述电网接入控制器分别与所述电池系统的BMS管理系统通信连接，以获取所述BMS管理系统监测到的所述电池系统的电压。
根据一种具体的实施方式，本发明基于光伏发电、电池储能与电网的直流供电系统中，所述光伏控制器为光伏MPPT控制器。
根据一种具体的实施方式，本发明基于光伏发电、电池储能与电网的直流供电系统中，所述直流母线的供电电压为24V；所述电池系统的电压为22.4V～28.4V。
根据一种具体的实施方式，本发明基于光伏发电、电池储能与电网的直流供电系统中，还包括AC-DC转换器，用于将电网的交流电转换为24V直流电。
根据一种具体的实施方式，本发明基于光伏发电、电池储能与电网的直流供电系统中，所述第一开关和所述第二开关采用继电器、可控硅或二极管。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明基于光伏发电、电池储能与电网的直流供电方法中，通过监测电池系统的电压，来确定直流母线的供电电源；其中，若电池系统的电压高于直流母线的供电电压，则由光伏发电系统单独为负载供电，或在光伏发电系统的发电功率不满足负载需求时，由光伏发电系统与电池系统共同为负载供电；而若电池系统的电压低于直流母线的供电电压，则由电网单独为负载供电，且由光伏发电系统对电池系统充电。因此，本发明在运行中采用电池系统优先的工作原则，时刻保证电池系统可作为后备电源使用，从而提高小功率光伏+储能系统在面向低压直流负载场景下的电能使用效率。
附图说明
图1为本发明基于光伏发电、电池储能与电网的直流供电系统示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
如图1所示，本发明基于光伏发电、电池储能与电网的直流供电方法，通过直流母线为负载供电，其包括：获取电池系统的电压，并判断所述电池系统的电压是否高于所述直流母线的供电电压；
若所述电池系统的电压高于所述直流母线的供电电压，则由所述光伏发电系统单独为负载供电或由所述光伏发电系统与所述电池系统共同为负载供电；其中，在所述光伏发电系统的发电功率不满足负载需求时，由所述光伏发电系统与所述电池系统共同为负载供电；
若所述电池系统的电压低于所述直流母线的供电电压，则由电网单独为负载供电，且由所述光伏发电系统对所述电池系统充电。
在具体实施时，若电网停电，由所述光伏发电系统单独为负载供电或由所述光伏发电系统与所述电池系统共同为负载供电；其中，在所述光伏发电系统的发电功率不满足负载需求时，由所述光伏发电系统与所述电池系统共同为负载供电；而在所述光伏发电系统的发电功率满足需求时，由所述光伏发电系统单独为负载供电，且其余电能为所述电池系统充电。
本发明基于光伏发电、电池储能与电网的直流供电方法中，通过光伏MPPT控制器和BMS 电池管理系统共同控制所述电池系统的充电过程，以及所述光伏发电系统与所述电池系统共同为负载供电的供电过程。
在具体实施时，本发明基于光伏发电、电池储能与电网的直流供电方法中，所述直流母线的供电电压为24V；所述电池系统采用锂电池，且电池电压为22.4V～28.4V。通过BMS电池管理系统与光伏MPPT控制器所开放的通讯协议来共同控制锂电池的三段式充电；由于锂电池的三段式充电控制程序或算法为现有技术，此处不再赘述。
由于DTU、RTD等负载的额定工作电压范围在此范围内，可直接接入，而视频监控，显示屏等高精度负载则通过开关电源转换电压后接入。此外，小功率的交流负载则直接通过 500W的逆变器直接供电。因此，本发明基于光伏发电、电池储能与电网的直流供电方法，在运行中采用电池系统优先的工作原则，时刻保证电池系统可作为后备电源使用，从而提高小功率光伏+储能系统在面向低压直流负载场景下的电能使用效率。
如图1所示，本发明的另一方面，还提供一种基于光伏发电、电池储能与电网的直流供电系统，其包括：光伏控制器、电网接入控制器、电池系统、第一开关、第二开关以及直流母线。
其中，直流母线用于连接负载；所述光伏控制器和所述电网接入控制器分别获取电池系统的电压，并判断所述电池系统的电压是否高于所述直流母线的供电电压；
而且，所述光伏控制器用于在所述电池系统的电压高于所述直流母线的供电电压时，控制所述第一开关导通，使光伏发电系统单独为负载供电或所述光伏发电系统与所述电池系统共同为负载供电，以及在所述电池系统的电压低于所述直流母线的供电电压时，控制所述光伏发电系统对所述电池系统充电；其中，在所述光伏发电系统的发电功率不满足负载需求时，控制所述光伏发电系统与所述电池系统共同为负载供电；
所述电网接入控制器用于在所述电池系统的电压低于所述直流母线的供电电压时，控制所述第二开关导通，使电网接入并单独为负载供电充电。
在具体实施时，本发明基于光伏发电、电池储能与电网的直流供电系统中，所述光伏控制器和所述电网接入控制器分别与所述电池系统的BMS管理系统通信连接，以获取所述BMS 管理系统监测到的所述电池系统的电压。
本发明基于光伏发电、电池储能与电网的直流供电系统中，所述光伏控制器为光伏MPPT 控制器，所述直流母线的供电电压为24V；所述电池系统的电压为22.4V～28.4V。
而且，本发明基于光伏发电、电池储能与电网的直流供电系统还包括AC-DC转换器，用于将电网的交流电转换为24V直流电。
在具体实施时，本发明基于光伏发电、电池储能与电网的直流供电系统中，所述第一开关和所述第二开关采用继电器、可控硅或二极管。其中，继电器和可控硅由外部的开关控制信号控制开关，而采用二极管是为了考虑防逆流，由于二极管单向导通，本发明采用的二极管其正极只要高于24V就直接导通。

Claims (10)

1.一种基于光伏发电、电池储能与电网的直流供电方法，通过直流母线为负载供电，其特征在于，包括：
获取电池系统的电压，并判断所述电池系统的电压是否高于所述直流母线的供电电压；
若所述电池系统的电压高于所述直流母线的供电电压，则由所述光伏发电系统单独为负载供电或由所述光伏发电系统与所述电池系统共同为负载供电；其中，在所述光伏发电系统的发电功率不满足负载需求时，由所述光伏发电系统与所述电池系统共同为负载供电；
若所述电池系统的电压低于所述直流母线的供电电压，则由电网单独为负载供电，且由所述光伏发电系统对所述电池系统充电。
2.如权利要求1所述的基于光伏发电、电池储能与电网的直流供电方法，若电网停电，由所述光伏发电系统单独为负载供电或由所述光伏发电系统与所述电池系统共同为负载供电；其中，在所述光伏发电系统的发电功率不满足负载需求时，由所述光伏发电系统与所述电池系统共同为负载供电；而在所述光伏发电系统的发电功率满足需求时，由所述光伏发电系统单独为负载供电，且其余电能为所述电池系统充电。
3.如权利要求2所述的基于光伏发电、电池储能与电网的直流供电方法，其特征在于，通过光伏MPPT控制器和BMS电池管理系统共同控制所述电池系统的充电过程，以及所述光伏发电系统与所述电池系统共同为负载供电的供电过程。
4.如权利要求1所述的基于光伏发电、电池储能与电网的直流供电方法，其特征在于，所述直流母线的供电电压为24V；所述电池系统的电压为22.4V～28.4V。
5.一种基于光伏发电、电池储能与电网的直流供电系统，其特征在于，包括：光伏控制器、电网接入控制器、电池系统、第一开关、第二开关以及直流母线；其中，
所述直流母线，用于连接负载；
所述光伏控制器和所述电网接入控制器分别获取电池系统的电压，并判断所述电池系统的电压是否高于所述直流母线的供电电压；
而且，所述光伏控制器用于在所述电池系统的电压高于所述直流母线的供电电压时，控制所述第一开关导通，使光伏发电系统单独为负载供电或所述光伏发电系统与所述电池系统共同为负载供电，以及在所述电池系统的电压低于所述直流母线的供电电压时，控制所述光伏发电系统对所述电池系统充电；其中，在所述光伏发电系统的发电功率不满足负载需求时，控制所述光伏发电系统与所述电池系统共同为负载供电；
所述电网接入控制器用于在所述电池系统的电压低于所述直流母线的供电电压时，控制所述第二开关导通，使电网接入并单独为负载供电充电。
6.如权利要求5所述的基于光伏发电、电池储能与电网的直流供电系统，其特征在于，所述光伏控制器和所述电网接入控制器分别与所述电池系统的BMS管理系统通信连接，以获取所述BMS管理系统监测到的所述电池系统的电压。
7.如权利要求5所述的基于光伏发电、电池储能与电网的直流供电系统，其特征在于，所述光伏控制器为光伏MPPT控制器。
8.如权利要求5所述的基于光伏发电、电池储能与电网的直流供电系统，其特征在于，所述直流母线的供电电压为24V；所述电池系统的电压为22.4V～28.4V。
9.如权利要求5所述的基于光伏发电、电池储能与电网的直流供电系统，其特征在于，还包括AC-DC转换器，用于将电网的交流电转换为24V直流电。
10.如权利要求5～9任一项所述的基于光伏发电、电池储能与电网的直流供电系统，所述第一开关和所述第二开关采用继电器、可控硅或二极管。
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