CN203734364U - 一种光储混合系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种光储混合系统，包括：升压电路、变换器、双向直流变换器、第一开关管和第二开关管；升压电路的输入端连接光伏组件PV；升压电路的输出端连接变换器的输入端；升压电路的输出端通过第二开关管连接双向直流变换器的高压端；PV通过所述第一开关管连接双向直流变换器的高压端；双向直流变换器的低压端连接蓄电池。PV直接通过双向直流变换器为蓄电池Bat进行充电，而不必像现有技术那样，先经过升压电路升压，再经过双向直流变换器降压后才为蓄电池Bat进行充电。因此，本实用新型提供的光储混合系统可以提高充电的工作效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及新能源利用技术领域，特别涉及一种光储混合系统。
背景技术
现有技术中，常见的光储混合拓扑有交流母线结构、直流母线结构和混合母线结构三种形式。其中，直流母线结构具有功率密度高、效率高和成本低等优势。
参见图1，该图为现有技术中的直流母线结构的光储混合系统示意图。
图1所示的光储混合系统包括：升压电路100、变换器（Inverter）200和双向直流变换器（BDC）300。
下面简单介绍一下光储混合系统的工作原理：光伏组件PV的直流电被升压电路100升压后输出给变换器（Inverter）200，变换器（Inverter）200将直流电逆变器交流电后进行输出，可以输出给电网，也可以输出给负载。
同时，PV上的电压经过升压电路100升压后输出给双向直流变换器（BDC）300，双向直流变换器（BDC）300再给蓄电池Bat进行充电。
需要说明的是，变换器（Inverter）200为双向设备，即可以作为逆变器来使用，也可以作为整流器来使用。
其中，充电时，双向直流变换器（BDC）300起到降压作用；放电时，BDC300起升压作用。
但是，图1所示的光储混合系统的缺点是：
PV给Bat充电时，需要先经过升压电路100升压，再经过双向直流变换器（BDC）300降压，这样整体效率较低。
目前光储系统的趋势是实现最大化的自发自用率（即，PV功率大于本地负载时将PV富余能量充进Bat，PV功率小于本地负载时将Bat能量放出供给本地负载），因此，PV给Bat充电将成为主要工况。
因此，本领域技术人员有必要提供一种充电效率较高的光储混合系统。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种光储混合系统，能够提高充电的工作效率。
本实用新型实施例提供一种光储混合系统，包括：升压电路、变换器、双向直流变换器、第一开关管和第二开关管；
所述升压电路的输入端连接光伏组件PV；
所述升压电路的输出端连接所述变换器的输入端；
所述升压电路的输出端通过所述第二开关管连接所述双向直流变换器的高压端；
所述PV通过所述第一开关管连接所述双向直流变换器的高压端；
所述双向直流变换器的低压端连接蓄电池。
优选地，所述第一开关管为不可控的二极管。
优选地，所述第一开关管为继电器或接触器。
优选地，所述第二开关管为IGBT管、MOS管或接触器。
优选地，所述升压电路为两电平Boost电路。
优选地，所述变换器为单相电路或三相电路。
本实用新型实施例提供一种光储混合系统，包括：升压电路、变换器、第一开关管、第二开关管和多级双向直流变换器；
所述多级双向直流变换器之间串联在一起，电压等级最低的双向直流变换器的低压端连接蓄电池，PV通过所述第一开关管连接电压等级最高的双向直流变换器的高压端；
所述升压电路的输入端连接光伏组件PV；
所述升压电路的输出端连接所述变换器的输入端；
所述升压电路的输出端通过所述第二开关管连接所述电压等级最高的双向直流变换器的高压端；
除了所述电压等级最高的双向直流变换器之外的所有双向直流变换器的高压端通过第三开关管连接PV。
优选地，所述第三开关管为接触器或固态继电器。
优选地，所述升压电路为两电平Boost电路。
优选地，所述第一开关管为不可控的二极管。
与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
本实用新型提供的光储混合系统，在PV和双向直流变换器的高压端之间增加了第一开关管D1，在升压电路100和双向直流变换器的高压端之间增加了第二开关管Q1，这样当为蓄电池Bat进行充电时，控制Q1断开，D1导通，PV直接通过双向直流变换器为蓄电池Bat进行充电，而不必像现有技术那样，先经过升压电路升压，再经过双向直流变换器降压后才为蓄电池Bat进行充电。因此，本实用新型提供的光储混合系统可以提高充电的工作效率。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术中的直流母线结构的光储混合系统示意图；
图2是本实用新型提供的光储混合系统实施例一示意图；
图3是本实用新型提供的光储混合系统实施例二示意图；
图4是本实用新型提供的光储混合系统实施例三示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。
实施例一：
参见图2，该图为本实用新型提供的光储混合系统实施例一示意图。
本实施例提供的光储混合系统，包括：升压电路100、变换器200、双向直流变换器300、第一开关管D1和第二开关管Q1；
所述升压电路100的输入端连接光伏组件PV；
所述升压电路100的输出端连接所述变换器200的输入端；
所述升压电路100的输出端通过所述第二开关管Q1连接所述双向直流变换器300的高压端；
所述PV通过所述第一开关管D1连接所述双向直流变换器300的高压端；
所述双向直流变换器300的输出端连接蓄电池Bat。
需要说明的是，所述第一开关管D1可以为不可控的二极管，如图2所示，二极管D1的阳极连接PV，二极管D1的阴极连接双向直流变换器300的高压端。
其中，第二开关管Q1可以为IGBT管、MOS管或接触器。
下面结合图2介绍本实用新型提供的光储混合系统的工作原理。
如图2所示，PV上的电压为Vpv；变换器200输入端的直流母线电压为Vbus；蓄电池Bat上的电压为Vbat。
首先介绍充电时的工作原理：
如果有PV且Vbus>Vpv>Vbat时，控制Q1断开，此时D1导通，PV上的能量通过D1旁路使VBDC=Vpv，并且通过双向直流变换器300给蓄电池Bat充电，双向直流变换器300控制充电电流，也可以实现恒压限流充电。
如果充电之前，蓄电池Bat处于放电状态，则先停止蓄电池Bat放电，再进行充电。可以进行小电流充电，这样可以较小的能量使VBDC下降，直到VBDC下降到Vpv，并被D1箝位，之后逐渐增加充电功率到预定值。
PV高压时，可以通过升压电路100附加的旁路二极管旁路到直流母线上，不影响充电回路的工作。充电回路指的是当Q1断开，D1导通时的充电路径。
下面介绍放电时的工作原理：
蓄电池Bat放电时，双向直流变换器300先将VBDC从当前电压缓慢升起（可以用开环缓慢升起）到直流母线电压Vbus，此时D1截止不导通。然后，双向直流变换器300控制放电电流，放电时Q1可以导通（MOS管反向导通），可以降低Q1并联二极管（即Q1自身反并联的二极管）的损耗。
可以理解的是，第一开关管D1也可以为可控的继电器或接触器。
当D1为继电器或接触器时，在充电过程和放电过程中，控制继电器和接触器的开关状态与D1为二极管时保持一致即可，在此不再赘述。
本实施例提供的光储混合系统，在PV和双向直流变换器300的高压端之间增加了第一开关管D1，在升压电路100和双向直流变换器300的高压端之间增加了第二开关管Q1，这样当为蓄电池Bat进行充电时，控制Q1断开，D1导通，PV直接通过双向直流变换器300为蓄电池Bat进行充电，而不必像现有技术那样，先经过升压电路100升压，再经过双向直流变换器300降压后才为蓄电池Bat进行充电。因此，本实用新型提供的光储混合系统可以提高充电的工作效率。
需要说明的是，为了使PV能够为蓄电池Bat进行充电，且保证用户安全，一般设置蓄电池Bat的电压低于PV起始工作的电压。
可以理解的是，所述升压电路可以为两电平Boost电路。
需要说明的是，所述变换器可以为单相电路或三相电路（三相三线制或者三相四线制）。
以上实施例是以光储混合系统中仅包括一级双向直流变换器300为例进行介绍的，下面介绍包括多级双向直流变换器300的光储混合系统。
实施例二：
参见图3，该图为本实用新型提供的光储混合系统实施例二示意图。
本实施例提供的光储混合系统，包括：升压电路100、变换器200、第一开关管D1、第二开关管Q1和多级双向直流变换器；
所述多级双向直流变换器之间串联在一起，电压等级最低的双向直流变换器的低压端连接蓄电池，PV通过所述第一开关管连接电压等级最高的双向直流变换器的高压端；
所述升压电路的输出端通过所述第二开关管连接所述电压等级最高的双向直流变换器的高压端；
需要说明的是，双向直流变换器可以多级，例如两级，三级等，本实施例中以包括两级双向直流变换器为例进行介绍，分别为第一级双向直流变换器300a和第二级双向直流变换器300b。
可以理解的是，当电池电压配置为安全电压时（一般额定电压为48V，最低电压为40V左右），而PV电压可高至900V以上，此时BDC的升压比超过20倍，仅用一级BDC升压基本不可能实现，因此需要2级BDC或者更多级BDC来实现升压。
从图3中可以看出，电压等级最高的双向直流变换器就是第二级双向直流变换器300b，电压等级最低的双向直流变换器就是第一级双向直流变换器300a。
其中，第一级双向直流变换器300a的高压端通过第三开关管S3连接PV；
第二级双向直流变换器300b的高压端通过第一开关管D1连接PV，同时，第二级双向直流变换器300b的高压端通过第二开关管Q1连接升压电路的输出端；
所述升压电路100的输入端连接光伏组件PV；
所述升压电路100的输出端连接所述变换器200的输入端。
需要说明的是，所述第一开关管D1可以为不可控的二极管，如图3所示，二极管D1的阳极连接PV，二极管D1的阴极连接第二级双向直流变换器300b的高压端。
可以理解的是，第一开关管D1也可以为可控的继电器或接触器。
当D1为继电器或接触器时，在充电过程和放电过程中，控制继电器和接触器的开关状态与D1为二极管时保持一致即可，在此不再赘述。
其中，第二开关管Q1可以为IGBT管、MOS管或接触器。
所述第三开关管S3为接触器或固态继电器。
下面结合图3详细介绍其工作原理。
当PV电压低时，S3作用；
可以理解的是，当PV电压低时，最高级BDC不工作，此时充电时直接经过300a为蓄电池进行充电，而300b和Q1不参与充电工作；VBDC=VPV。
PV电压较高时，断开S3，断开Q1，PV电压通过D1、300b及300a为蓄电池Bat进行充电。
蓄电池Bat进行放电时，S3断开，Q1导通，控制蓄电池Bat通过多级双向直流变换器（及300a和300b）向直流母线输出能量，进而经过变换器200变换后提供给负载。
需要说明的是，在实施例一和实施例二中，如果PV升压电路和双向直流变换器采用的拓扑不共负极，则需在正负连线上均串接相同的器件（即图3中的S3和D1，不包括Q1）以提供充电回路。需要说明的是，本实施例中所述升压电路100也可以为两电平Boost电路。
需要说明的是，图3中通过D1充电时，VMid可由300b控制为预设的电压值；放电时VMid由300a控制为预设的电压值
下面结合升压电路100为两电平Boost电路为例来介绍本实用新型提供的光储混合系统。
实施例三：
参见图4，该图为本实用新型提供的光储混合系统实施例三示意图。
本实施例中，D1为以上实施例中的第一开关管，Q1为以上实施例中的第二开关管。
其中，升压电路Boost包括：第二电容C2、第二电感L2、第四开关管Q4、第三二极管D3和母线电容Cbus。
需要说明的是，本实施例中的Boost电路为两电平Boost电路。
其中，双向直流变换器包括：第一电感L1、第五开关管Q5、第六开关管Q6和电容CBDC。
蓄电池Bat通过双向直流变换器连接于CBDC，再通过Q1连接于母线电容Cbus正极；PV电压过高时，也可通过旁路二极管D2连接到母线电容Cbus；二极管D1则通过PV正极连接于双向Buck-Boost的正极用于充电回路。
由于以上实施例一和实施例二已经详细叙述了工作原理，在此不再赘述。
需要说明的是，本实用新型以上实施例提供的光储混合系统可以应用于太阳能发电领域，其中的交流电可以反馈给电网，也可以直接给负载进行供电。在供电的同时可以为蓄电池进行充电。当PV上没有电量时，蓄电池上的电能又可以为负载进行供电。以上实施例提供的光储混合系统将充电回路和放电回路进行单独处理，这样在充电时，不需要经过先升压，再降压进行充电，而是PV直接通过降压电路后为蓄电池进行充电，提高了充电的工作效率。
本实用新型不限定具体的升压电路、变换器以及双向直流变换器的具体类型。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制。虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围内。
Claims (10)
1.一种光储混合系统，其特征在于，包括：升压电路、变换器、双向直流变换器、第一开关管和第二开关管；
所述升压电路的输入端连接光伏组件PV；
所述升压电路的输出端连接所述变换器的输入端；
所述升压电路的输出端通过所述第二开关管连接所述双向直流变换器的高压端；
所述PV通过所述第一开关管连接所述双向直流变换器的高压端；
所述双向直流变换器的低压端连接蓄电池。
2.根据权利要求1所述的光储混合系统，其特征在于，所述第一开关管为不可控的二极管。
3.根据权利要求1所述的光储混合系统，其特征在于，所述第一开关管为继电器或接触器。
4.根据权利要求1所述的光储混合系统，其特征在于，所述第二开关管为IGBT管、MOS管或接触器。
5.根据权利要求1-4任一项所述的光储混合系统，其特征在于，所述升压电路为两电平Boost电路。
6.根据权利要求1所述的光储混合系统，其特征在于，所述变换器为单相电路或三相电路。
7.一种光储混合系统，其特征在于，包括：升压电路、变换器、第一开关管、第二开关管和多级双向直流变换器；
所述多级双向直流变换器之间串联在一起，电压等级最低的双向直流变换器的低压端连接蓄电池，PV通过所述第一开关管连接电压等级最高的双向直流变换器的高压端；
所述升压电路的输入端连接光伏组件PV；
所述升压电路的输出端连接所述变换器的输入端；
所述升压电路的输出端通过所述第二开关管连接所述电压等级最高的双向直流变换器的高压端；
除了所述电压等级最高的双向直流变换器之外的所有双向直流变换器的高压端通过第三开关管连接PV。
8.根据权利要求7所述的光储混合系统，其特征在于，所述第三开关管为接触器或固态继电器。
9.根据权利要求7所述的光储混合系统，其特征在于，所述升压电路为两电平Boost电路。
10.根据权利要求7-9任一项所述的光储混合系统，其特征在于，所述第一开关管为不可控的二极管。
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