CN209217732U - 交直流混合微电网储能系统 - Google Patents

Abstract

一种交直流混合微电网储能系统，应用双BUCK并联技术，用于光伏储能的降压电路，以降低逆变电路对各电子元件参数指标的要求，进而降低逆变电路的生产成本。同时，由于采用双向换流器可以实现BUCK电路能量向储能装置和并离网切换电路传递电能，又能实现电网向储能模块传递电能，进而储能装置可以通过双向换流器向电网馈电，提高了电能的控制精度。

Description

交直流混合微电网储能系统

技术领域

本实用新型涉及光伏发电领域，具体涉及交直流混合微电网储能系统。

背景技术

交直流混合微电网是指由分布式电源、储能装置、能量变换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统。其中根据分布式电源的不同，既包括直流母线，也包括交流母线。微电网通过微电网内分布式电源输出功率的协调控制可保证微电网稳定运行；微电网能量管理系统可以有效地维持能量在微电网内的优化分配与平衡，保证微电网经济运行。微电网一般具有能源利用率高、供能可靠性高、污染物排放少、运行经济性好等优点。对于交直流混合微电网的储能装置，随着储能技术的不断发展，电池的成本得到了有效地下降。成本下降所带来的储能经济性，为储能项目在用户侧打开了广阔的市场发展空间。用户侧储能主要用来削峰填谷、平滑成本，并且协助用户改善电能质量。对于工厂以及办公楼宇来说，储能系统的引入有利于提高电网系统运行的稳定性，是参与调频调压、负荷补偿波动的一种手段，有效减少了生产流程和工作过程被供电不稳定等外部因素影响的可能性。对于家庭来说，分布式储能系统的应用有助于家庭将太阳能转化为电能储存起来，在必要的时候自主提供一部分家庭用电，另外，剩余的电能也可以并入国家电网，提高利用。采用光伏储能，可以提升新能源渗透率和消纳能力，更好的满足用户多样性需求，实现精准供能，还可以减少用电偏差，提高考核收益。而在户用电站加入储能，可以减少用户对电网的依赖，用电更加自由化。现有技术中，光伏储能的逆变电路的电流和电压的输出纹波都很大，且支路的电流相对逆变电路的主电流过大，因此对功率开关管和二级管的电流应力要求高，进而对滤波电容的容量要求高。基于上述原因，需对现有光伏储能的逆变电路进行改进，以降低逆变电路各电子元件的参数指标，进而降低逆变电路的生产成本。

发明内容

本实用新型主要解决的技术问题是对现有光伏储能的逆变电路进行改进，以降低逆变电路对各电子元件参数指标的要求。

根据第一方面，一种实施例中提供一种交直流混合微电网储能系统，包括：

光伏组件，用于将太阳能转换成电能；

降压电路，所述降压电路的输入端与所述光伏组件的输出端相连，用于对输入的电压进行降压并输出；所述降低电路包括多个并联的降压斩波电路；

双向换流器，包括直流端与交流端，用于将直流端输入的直流电转换成交流电并通过交流端输出，或者，用于将交流端输入的交流电转换成直流电并通过直流端输出；所述降压电路的输出端与所述双向换流器的直流端相连；

储能装置，所述储能装置与所述降压电路的输出端连接，用于存储降压电路或双向换流器的直流端输出的电能，或者，向双向换流器的直流端供电；

并离网切换电路，所述并离网切换电路包括三端，一端与电网端相连，一端与所述双向换流器的交流端相连，一端用于与负载相连，用于实现电网端向双向换流器的交流端的供电、电网端向负载的供电、双向换流器的交流端向负载的供电、双向换流器的交流端向电网端的供电之间的切换。

进一步，所述降压电路包括两个并联的降压斩波电路。

进一步，其特征在于，所述降压斩波电路包括二极管Da、开关管Q、电感Lpv和母线电容Cbus；

开关管Q第一端与所述光伏组件电能正输出端连接，第二端与二极管Da和电感Lpv第一端连接；二极管Da的第二端与所述光伏组件电能负输出端连接；电感Lpv的第二端与母线电容Cbus第一端连接；母线电容Cbus第二端与所述光伏组件电能负输出端连接。

进一步，所述开关管Q采用IGBT。

进一步，所述双向换流器内部设有三相桥式全控整流电路，所述三相桥式全控整流电路中包括电抗器，变压器和接触器。

进一步，所述三相桥式全控整流电路包括6个开关器件。

进一步，所述6个开关器件采用IGBT。

进一步，所述储能装置包括蓄电池组。

进一步，所述并离网切换电路通过控制晶闸管的关断和开通来实现并离网切换。

进一步，所述并离网切换电路还用于控制所述降压电路的输出端脱离电网,且与负载连接，用于所述降压电路的输出端为负载提供电能。

依据上述实施例的交直流混合微电网储能系统，由于采用双BUCK并联技术应用于光伏储能的降压电路，以降低逆变电路对各电子元件参数指标的要求，进而降低逆变电路的生产成本。

附图说明

图1为交直流混合微电网的典型结构示意图；

图2为一种实施例中交直流混合微电网储能系统结构示意图；

图3为一种实施例中BUCK电路的连接示意图；

图4为一种实施例中双向换流器的电路连接示意图；

图5为一种实施例中并离网切换电路的电路连接示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。

如图1所示，为交直流混合微电网的典型结构，考虑传统交流与直流微电网的网架结构，交直流混合微电网可以设计为辐射型、双端供电型、分段联络型、环型等拓扑结构。辐射型微电网结构简单，对控制保护要求低，但供电可靠性较低。两端供电型与辐射型配电网相比，当一侧电源发生故障时，可以通过操作联络开关，由另一侧电源供电，实现负荷转供，提高整体可靠性。环型微电网相比于两端供电型，可实现故障快速定位、隔离，其余部分电网可像两端供电型运行，供电可靠性更高。构建交直流混合微电网网架时，根据供电可靠性与经济性的不同要求，选择最合适的网架结构。交直流混合微电网运行方式相比于单一系统的微电网而言更加灵活，可以最大程度地满足就地消纳资源、响应负荷需求等微电网规划设计的个性化需要。

在本发明实施例中，采用双BUCK并联技术应用于光伏储能的降压电路，以降低逆变电路对各电子元件参数指标的要求，进而降低逆变电路的生产成本。同时，由于采用双向换流器可以实现BUCK电路能量向储能装置和/或并离网切换电路传递电能，又能实现电网向储能模块传递电能。同时储能模块可以通过双向换流器向电网馈电，提高了电能的控制精度。

实施例一：

请参考图2，为一种实施例中交直流混合微电网储能系统结构示意图，本实用新型公开了一种交直流混合微电网储能系统，包括光伏组件10、降压电路20、双向换流器40、储能装置30和并离网切换电路50。光伏组件10，用于将太阳能转换成电能。降压电路20的输入端与光伏组件10的输出端相连，用于对输入的电压进行降压并输出，降低电路包括多个并联的降压斩波电路(即BUCK电路)。双向换流器40包括直流端(Vbus+,Vbus-)与交流端(W3，V3，U3)，用于将直流端输入的直流电转换成交流电并通过交流端输出，或者，用于将交流端输入的交流电转换成直流电并通过直流端输出。降压电路20的输出端与双向换流器40的直流端相连。储能装置30与降压电路20的输出端连接，用于存储降压电路20或双向换流器40的直流端输出的电能，或者，向双向换流器40的直流端供电。并离网切换电路50包括三端，一端(W1，V1，U1)与电网端相连，一端(W3，V3，U3)与双向换流器的交流端相连，一端(W2，V2，U2)用于与负载相连，用于实现电网端向双向换流器40的交流端的供电、电网端向负载的供电、双向换流器的交流端向负载的供电、双向换流器的交流端向电网端的供电之间的切换。其中，双向换流器40用于直流电与三相交流电之间相互转换，其内部设有三项全桥式换流电路。其中，三项全桥式换流电路中包括电抗器，变压器和接触器。降压电路20包括连个并联的BUCK电路，且与光伏组件电能输出端电连。BUCK电路包括二极管、电感、电容和开关器，其中开关器为IGBT(绝缘栅双极型晶体管)。储能装置30包括分别与BUCK电路20输出端和双向换流器40的直流端电连接。储能装置30是蓄电池组，用于存储多余的电能。并离网切换电路50用于控制光伏组件10的电能输出端与电网之间实现并网或脱网，并离网切换电路50还用于控制降压电路20的输出端脱离电网,且与负载连接，用于降压电路20的输出端为负载提供电能。并离网切换电路50包括并离切换器。其中，本实施例中储能装置30包括蓄电池组。

如图3所示，为一种实施例中BUCK(降压式变换电路)电路的电路连接示意图，包括光伏组件的光伏面板阵列提供的直流电源Vpv、二极管Da、开关管Q、电感Lpv和母线电容Cbus。开关管Q第一端与所述光伏组件电能正输出端连接，第二端与二极管Da和电感Lpv第一端连接；二极管Da的第二端与所述光伏组件电能负输出端连接；电感Lpv的第二端与母线电容Cbus第一端连接；母线电容Cbus第二端与所述光伏组件电能负输出端连接。当开关管导通时，电流延iL方向流通，电流经过电感向电容充电，电容Cbus和电感Lpv储存能量。当开关管Q关断时，电流经过续流二极管Da行成回路，电容Cbus和电感Lpv释放能量。其中，在本实施例中开关管Q采用IGBT。

如图4所示，为一种实施例中双向换流器电路示意如，包括三相桥式全控整流电路，包括电抗器，变压器、接触器和6个开关器件。双向换流器电路还包括继电器，继电器又包括主继电器和辅助继电器。在三相桥式全控整流电路中，对共阴极组和共阳极组是同时进行控制的，控制角相同。由于三相桥式全整流电路是两组三相半波电路的串联，因此整流电压为三相半波时的两倍。很显然在输出电压相同的情况下，三相桥式晶闸管要求的最大反向电压，可比三相半波线路中的晶闸管低一半。三相桥式全整流电路包括开关器件Qa1、Qb1、Qc1、Qa2、Qb3和Qc3。其中，开关器件Qa1、Qb1和Qc1组成共阴极组，而开关器件Qa2、Qb3和Qc3组成共阳极组。其中，在本实施例中6个开关器件采用IGBT。进一步，双向换流器可用于光伏组件向电网，储能器件向电网的能量传递，还可以用于电网向储能装置的充电。双向换流器电路的U3、V3和W3输出端与并离网切换电路电连接，双向换流器电路的另一端口与BUCK的母线电容Cbus的两端相连，用于母线电压Vbus+和Vbus-的获取。

如图5所示，为一种实施例中并离网切换电路的电路连接示意图，包括9个晶闸管，通过控制9个晶闸管的关断和开通来实现并离网切换。并离网切换电路还用于控制所述电能输出端脱网,且与负载端连接，用于所述电能输出端为负载端提供电能。具体包括晶闸管SCR1、SCR2、SCR3、SCR4、SCR5、SCR6、SCR7、SCR8和SCR9。晶闸管SCR1、SCR4和SCR7控制U1、U2和U3的导通关系。晶闸管SCR2、SCR8和SCR5控制V1、V2和V3的导通关系。晶闸管SCR3、SCR9和SCR6控制W1、W2和W3的导通关系。U1、V1和W1用于连接电网端。U2、V2和W2用于连接负载端。U3、V3和W3与双向换流器电路的隔离变压器的输入端连接。

本申请所公开的储能系统，由于双向换流器可以实现BUCK电路能量向储能模块和/或并离网模块传递电能，又能实现电网向储能模块传递电能；同时储能模块可以通过双向换流器向电网馈电，提高了电能的控制精度。并且采用两个BUCK电路并联的降压电路可以实现2倍HPS的能量储存。光伏组件产生的高压直流电通过并联的BUCK降压电路变成低压直流电，经过双向换流器转换为三相交流电，并经过并离网切换电路向电网输送能量，两个BUCK电路并联的降压电路形成的低压直流电还可以同时给储能模块的蓄电池组充电，这样，光伏组件既可以单独向电网输电或蓄电池组充电，又可同时进行。同样的，蓄电池组也可以经双向换流器将直流电转换成三相交流电通过并离网切换器向电网输送能量。电网也可以经过双向换流器逆变成直流电给储能装置储存能量。

能量传递过程：光伏组件产生的高压通过两个BUCK电路并联的降压电路变成低压，经过双向换流器变为三相电经过并离网切换模块向电网输送能量，两个BUCK电路并联的降压电路形成的低压也能向储能装置储存能量。储能装置也可以经双向换流器转换成三相电通过并离网切换向电网输送能量。电网也可以经过双向换流器逆变成直流电压向储能装置储存能量。

双BUCK并联技术应用于BUCK变换器，在与传统BUCK变换器总输出电流相同的情况下，使电路的总电流输出纹波减小，输出电压纹波减小，且支路电流为总电流的1/2，减小了开关管和二极管的电流应力，总输出电流纹波频率为支路的2倍，使输出滤波电容减小，以降低逆变电路对各电子元件参数指标的要求，进而降低逆变电路的生产成本。使PV输入功率可以增加一倍，储能功率也可以增加一倍，使光伏的利用达到了最大化，同时也实现的储能的最大化，充分的体现的储能机的优点。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.一种交直流混合微电网储能系统，其特征在于，包括：

光伏组件，用于将太阳能转换成电能；

降压电路，所述降压电路的输入端与所述光伏组件的输出端相连，用于对输入的电压进行降压并输出；所述降压电路包括多个并联的降压斩波电路；

双向换流器，包括直流端与交流端，用于将直流端输入的直流电转换成交流电并通过交流端输出，或者，用于将交流端输入的交流电转换成直流电并通过直流端输出；所述降压电路的输出端与所述双向换流器的直流端相连；

储能装置，所述储能装置与所述降压电路的输出端连接，用于存储降压电路或双向换流器的直流端输出的电能，或者，向双向换流器的直流端供电；

并离网切换电路，所述并离网切换电路包括三端，一端与电网端相连，一端与所述双向换流器的交流端相连，一端用于与负载相连，用于实现电网端向双向换流器的交流端的供电、电网端向负载的供电、双向换流器的交流端向负载的供电、双向换流器的交流端向电网端的供电之间的切换。

2.如权利要求1所述的储能系统，其特征在于，所述降压电路包括两个并联的降压斩波电路。

3.如权利要求2所述的储能系统，其特征在于，所述降压斩波电路包括二极管Da、开关管Q、电感Lpv和母线电容Cbus；

开关管Q第一端与所述光伏组件电能正输出端连接，第二端与二极管Da和电感Lpv第一端连接；二极管Da的第二端与所述光伏组件电能负输出端连接；电感Lpv的第二端与母线电容Cbus第一端连接；母线电容Cbus第二端与所述光伏组件电能负输出端连接。

4.如权利要求3所述的储能系统，其特征在于，所述开关管Q采用IGBT。

5.如权利要求1所述的储能系统，其特征在于，所述双向换流器内部设有三相桥式全控整流电路，所述三相桥式全控整流电路中包括电抗器，变压器和接触器。

6.如权利要求5所述的储能系统，其特征在于，所述三相桥式全控整流电路包括6个开关器件。

7.如权利要求6所述的储能系统，其特征在于，所述6个开关器件采用IGBT。

8.如权利要求1所述的储能系统，其特征在于，所述储能装置包括蓄电池组。

9.如权利要求1所述的储能系统，其特征在于，所述并离网切换电路通过控制晶闸管的关断和开通来实现并离网切换。

10.如权利要求1所述的储能系统，其特征在于，所述并离网切换电路还用于控制所述降压电路的输出端脱离电网,且与负载连接，用于所述降压电路的输出端为负载提供电能。