CN214204971U - 一种支持电力需求侧响应的光伏发电系统 - Google Patents

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Abstract

本申请提出一种支持电力需求侧响应的光伏发电系统，其包括：光伏阵列、储能电池、光伏逆变器、并网开关及控制器，控制器分别电性连接光伏阵列、储能电池及光伏逆变器，光伏阵列电性连接光伏逆变器的输入端及储能电池，光伏逆变器的输出侧连接并网开关的第一端，并网开关的第二端用以电性连接市电，并网开关的触发端电性连接所述控制器，用户负载，包括可关断负载及不可关断负载，其分别连接至光伏逆变器的输出侧，所述不可关断负载电性连接所述控制器，控制器包括：通信接口，用以通过有线或无线方式连接远端的电力调度中心。能通过谷电峰用、负荷管理等策略来实现电力需求侧响应，提高电网利用率，同时提高用户的经济效益。

Description

一种支持电力需求侧响应的光伏发电系统
技术领域
本申请涉及发电领域，尤其涉及一种支持电力需求侧响应的光伏发电系统。
背景技术
针对传统能源结构资源紧缺、环境污染的弊端，可再生能源成为了解决现有能源结构瓶颈的有效途径。光伏发电是最为常见的可再生能源之一，其是对太阳能最直接利用的一种途径，即通过光伏电池将光能直接转变为电能。然而，随着可再生能源发电规模和应用不断扩大的同时，光伏发电系统本身的一些不可忽视的问题也逐渐显露。光伏发电出力的高峰期与用户负荷的高峰期不同步，当光伏发电出力进入高峰期，此时的用户负荷需求不高，不能完全消纳光伏发电量。而负荷的高峰期，往往出现在光伏发电较弱或者发电停止的时段，此时段存在着大量的电力缺口。光伏机组的发电特性与负荷需求的特性在时段上的差异，造成资源的极大浪费。由于传统的光伏发电系统不支持电力需求侧响应，因此无法实现对发电侧资源的优化配置，并且无法充分发挥需求侧资源响应的作用。
实用新型内容
为克服上述缺点，本实用新型的目的提供一种支持电力需求侧响应的光伏发电系统。
为了达到以上目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种支持电力需求侧响应的光伏发电系统，其特征在于，包括：
光伏阵列、储能电池、光伏逆变器、并网开关及控制器，
所述控制器分别电性连接光伏阵列、储能电池及光伏逆变器，
所述光伏阵列电性连接所述光伏逆变器的输入端及所述储能电池，所述光伏逆变器的输出侧连接并网开关的第一端，并网开关的第二端用以电性连接市电，所述并网开关的触发端电性连接所述控制器，
用户负载，包括可关断负载及不可关断负载，其分别连接至光伏逆变器的输出侧，所述不可关断负载电性连接所述控制器，
所述控制器包括：通信接口，用以通过有线或无线方式连接远端的电力调度中心。
在一实施方式中，该支持电力需求侧响应的光伏发电系统还包括，负载开关，其第一端电性连接至所述光伏逆变器的输入端，第二端电性连接不可关断负载，触发端，通过第一断路器驱动模块连接电性连接至所述控制器。
在一实施方式中，该支持电力需求侧响应的光伏发电系统还包括，第二断路器驱动模块，其第一端电性连接所述并网开关的触发端，第二端电性连接所述控制器。
在一实施方式中，该支持电力需求侧响应的光伏发电系统还包括，第二交流信号检测模块，其第一端电性连接至电网及并网开关的第二端，第二交流信号检测模块的第二端电性连接所述控制器。
在一实施方式中，该支持电力需求侧响应的光伏发电系统，还包括，第一交流信号检测模块，其第一端电性连接至并网开关的第一端，第二交流信号检测模块的第一端电性连接所述控制器。
在一实施方式中，该光伏逆变器为三相逆变器，其输出端配置有LCL滤波器电路，所述LCL滤波器电路以消除高频谐波。
在一实施方式中，该支持电力需求侧响应的光伏发电系统，其特征在于，包括：第一辅助电源，其电性连接光伏阵列从光伏阵列侧取电作为输入源，
第二辅助电源，其电性连接储能电池从储能电池侧取电作为输入源，
所述第一辅助电源及第二辅助电源分别电性连接光伏逆变器的功率板。
有益效果
与现有技术相比，本申请实施方式的系统可以接收电力调度中心的调度指令，并能通过谷电峰用、负荷管理等策略来实现电力需求侧响应。从而实现资源的合理配置，提高电网利用率，同时提高用户的经济效益。
附图说明
图1为本申请实施例的支持电力需求侧响应的光伏发电系统的功能示意。
图1a为本申请实施例的支持电力需求侧响应的光伏发电系统的拓扑示意。
图2为本申请实施例的本申请实施方式的控制板的功能示意图。
图3为本申请实施例的本申请实施方式的采集板的功能示意图。
图4为本申请实施例的本申请实施方式的功率板的功能示意图。
图5为本申请实施例的本申请实施方式的系统的运行示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本实用新型而不限于限制本实用新型的范围。实施例中采用的实施条件可以如具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
实施例
如图1所示为本申请实施例的支持电力需求侧响应的功能结构示意，
该支持电力需求侧响应的光伏发电系统，包括，光伏阵列、光伏逆变器、控制模块(也称控制器)及用户负载，该用户负载包括可关断负载及不可关断负载，其中不可关断负载电性连接控制模块，控制模块配置有网络端口，通过该网络端口通过有线的方式连续至远端的调度中心。在其他的实施方式中，控制模块配置有无线模块，通过该无线模块(如蓝牙，IOT，4G/5G的方式)连续至远端的调度中心。光伏逆变器的输出侧连接并网开关的第一端，并网开关的第二端电性连接市电，并网开关的触发端电性连接控制器。
接下来结合图1a来详细的描述本申请提出的支持电力需求侧响应的功能结构示意。
如图1a所示为本申请实施例的支持电力需求侧响应的光伏发电系统的结构示意，该系统包括：光伏阵列、储能电池、Boost电路、Buck-Boost电路、DC/AC 电路、不可中断负载、可中断负载、负载开关、并网开关、功率管驱动电路1、功率管驱动电路2、功率管驱动电路3、断路器驱动电路1、断路器驱动电路2、直流信号检测电路1、直流信号检测电路2、直流信号检测电路3、交流信号检测电路1、交流信号检测电路2、控制器和通信接口。
该光伏阵列电性连接Boost电路，该Boost电路电性连接DC/AC模块，该 DC/AC模块经并网开关连接市电。储能电池电性连接Buck-Boost电路，该DC/AC 模块经并网开关连接市电。该并网开关经、断路器驱动电路2电性连控制器， DC/AC模块的输出侧电性交流信号检测电路1进而电性连接至控制器，该断路器驱动电路2的第一端电性连接并网开关的触发端，第二端电性连接控制器。
负载开关，其一侧连接DC/AC模块的输出端，另一端电性连接可中断负载，该负载开关的触发端经断路器驱动电路1电性连接至控制器，通过控制器触发该负载开关。直流信号检测电路1的第一端电性连接光伏阵列，第二端电性连接控制器。功率管驱动电路1的第一端电性连接Boost电路，第二端电性连接控制器。功率管驱动电路2的第一端电性连接Buck-Boost电路，第二端电性连接控制器。直流信号检测电路3的第一端电性连接Buck-Boost电路及Boost电路的输出端，第二端电性连接控制器。依据功能该根据控制器包括：控制板、采集板和功率板，其中，采集板用以负责采集系统运行时的状态信息，即对电压、电流量进行采样并实时反馈给控制器，而控制板根据预设的模式(如控制算法)输出PWM控制信号，从而实现功率板对能量的转换和控制。控制器通过通信接口与电力调度中心连接，并基于接收的电力调度中心的指令动作。
如图2所示为本申请实施方式的控制板的功能示意，其实现对整个电路系统工作的状态监测、逻辑判断、闭环策略的计算和输出脉冲的控制以及电路故障保护等。该控制板包括：ADC转换电路、控制芯片、PWM生成电路、故障信号检测电路、RS232调试接口、以太网接口、485通信接口、直流电源。
其中，控制芯片作为整个系统的控制核心，实现整个系统的控制；ADC转换电路是将模拟信号转换成控制芯片可以接收的数字信号；PWM生成电路负责生成可以控制功率管的控制信号；故障信号检测电路负责将功率板输入的故障信号传送给控制芯片；RS232调试接口用于系统的本地调试；RS485通信接口用于与其他光伏发电系统进行通信；以太网接口用于与电力调度中心进行通信，以接收调度中心的调度指令，从而实现需求侧响应；直流电源负责给控制板供电。
如图3所示为本申请实施方式的采集板的功能示意。该采集板用以负责收集系统运行时的状态信息，即对电压、电流量进行采样并实时反馈给控制器，控制器依据状态信息再给出控制量，实现对系统工作过程的在线控制。在一实施方式中，采集板包括：霍尔型电压传感器、霍尔型电流传感器、交流电压互感器、交流电流互感器、直流电压调理电路、直流电流调理电路、交流电压调理电路、交流电流调理电路、ADC接口、直流电源。其中霍尔型电压传感器用于检测直流电压信号，而直流电压调理电路可以将传感器输出的电流信号转换成 ADC芯片可以接收的电压信号；霍尔型电流传感器用于检测直流电流信号，而直流电流调理电路可以将传感器输出的信号转换成ADC芯片可以接收的电压信号；交流电压互感器用于检测交流电压信号，而交流电压调理电路可以将传感器输出的信号转换成ADC芯片可以接收的电压信号；交流电流互感器用于检测交流电流信号，而交流电流调理电路可以将传感器输出的信号转换成ADC芯片可以接收的电压信号；ADC接口用于将调理后的电压信号传送给控制板；直流电源用于给采集板供电。
如图4所示为本申请实施例的功率板功能示意图，该功率板主要包括：PWM 信号输入接口、故障信号输出接口、功率管驱动电路、Boost电路、Buck-Boost 电路、三相逆变电路、LCL滤波器电路、并网开关、负载开关、辅助电源1和辅助电源2。其中Boost电路实现对直流母线的升压功能以及光伏阵列的最大功率点跟踪控制；Buck-Boost电路实现对储能电池的充放电控制；三相逆变电路采用全桥式的逆变结构，以达到直流母线电压的稳压控制和并网逆变电流控制；三相光伏发电系统中，由于逆变器输出的是脉冲电压波形，为了消除高频谐波，产生跟随电网变化的三相正弦电压波形，采用LCL滤波器电路进行滤波操作。并网开关用于控制光伏发电系统的运行模式如运行于离网或并网。负载开关用于在接收到电力调度中心的调度指令时，切断可中断负载，通过负荷管理实现需求侧响应。由于控制芯片的I/O端口输出驱动功率很低，控制芯片不足以直接控制功率开关管的开通和关断，为此必须通过功率管驱动电路把控制信号放大来控制开关管的开关断。辅助电源1以光伏阵列作为输入源，而辅助电源2 以储能电池作为输入源，两个电源同时作为功率板的输入电源。PWM信号输入接口作为功率管的输入控制信号，用于控制功率电路以实现能量的转换。而故障信号输出接口从功率管驱动电路输出故障信号，以反馈至控制板，实时监测电路的控制状态。
接下来结合图5来描述本申请实施例的系统的运行，光伏发电系统在并网运行状态下，支持电力需求侧响应。在峰电时段让储能电池向电网释放能量，减轻电网的负荷压力；而在谷电时段对蓄电池进行充电。即在并网运行状态下接收调动指令，若在峰电时段切断可中断负荷，在储能电池的电量充足时向电网放电。若在峰谷时段，储能电池的电量不足时通过电网充电。这样既能提高电网利用率，又能通过“谷电峰用”提高用户的经济效益。本申请实施方式的系统为针对小功率储能式光伏发电系统的应用场景，搭建一台储能式三相光伏并网逆变器，其可在并网和离网两种状态下能够稳定运行，并在并网运行时支持电力需求侧响应。
上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡如本实用新型精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种支持电力需求侧响应的光伏发电系统，其特征在于，包括：
光伏阵列、储能电池、光伏逆变器、并网开关及控制器，
所述控制器分别电性连接光伏阵列、储能电池及光伏逆变器，
所述光伏阵列电性连接所述光伏逆变器的输入端及所述储能电池，所述光伏逆变器的输出侧连接并网开关的第一端，并网开关的第二端用以电性连接市电，所述并网开关的触发端电性连接所述控制器，
用户负载，包括可关断负载及不可关断负载，其分别连接至光伏逆变器的输出侧，所述不可关断负载电性连接所述控制器，
所述控制器包括：通信接口，用以通过有线或无线方式连接远端的电力调度中心。
2.如权利要求1所述的支持电力需求侧响应的光伏发电系统，其特征在于，
还包括，负载开关，其第一端电性连接至所述光伏逆变器的输入端，第二端电性连接不可关断负载，触发端，通过第一断路器驱动模块连接电性连接至所述控制器。
3.如权利要求1所述的支持电力需求侧响应的光伏发电系统，其特征在于，
还包括，第二断路器驱动模块，其第一端电性连接所述并网开关的触发端，第二端电性连接所述控制器。
4.如权利要求1所述的支持电力需求侧响应的光伏发电系统，其特征在于，还包括，第二交流信号检测模块，其第一端电性连接至电网及并网开关的第二端，第二交流信号检测模块的第二端电性连接所述控制器。
5.如权利要求1所述的支持电力需求侧响应的光伏发电系统，其特征在于，还包括，第一交流信号检测模块，其第一端电性连接至并网开关的第一端，第二交流信号检测模块的第一端电性连接所述控制器。
6.如权利要求1所述的支持电力需求侧响应的光伏发电系统，其特征在于，所述光伏逆变器为三相逆变器，其输出端配置有LCL滤波器电路，所述LCL滤波器电路以消除高频谐波。
7.如权利要求1所述的支持电力需求侧响应的光伏发电系统，其特征在于，包括：第一辅助电源，其电性连接光伏阵列从光伏阵列侧取电作为输入源，
第二辅助电源，其电性连接储能电池从储能电池侧取电作为输入源，
所述第一辅助电源及第二辅助电源分别电性连接光伏逆变器的功率板。
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