CN217824288U - 一种具有储能装置的光伏离并网系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种具有储能装置的光伏离并网系统，包括光伏组件、Buck/Boost变换器、DC/DC双向变换器A、DC/DC双向变换器B、BMS、储能电池、超级电容、DC/AC双向整流器、开关K1、电网、交流负载和控制模块；所述控制模块分别与DC/AC双向整流器、开关K1、DC/DC双向变换器A、DC/DC双向变换器B以及BMS通信连接，由此实现多种工作模式以满足现实需求。实用新型所提供的光伏离并网系统通过储能电池和超级电容各自发挥各自的优势，实现光伏储能系统输出稳定、削峰填谷的目的，同时可以基于电网的高峰和低谷实现光伏系统最大的经济化。

Description

一种具有储能装置的光伏离并网系统

技术领域

本实用新型涉及光伏发电系统技术领域，特别是涉及一种具有储能装置的光伏离并网系统。

背景技术

随着科技技术的发展及生活水平的提高，人们对于能源的需求量越来越大，常规的化石能源能够解决上述问题，但碳排放的增加使得温室效应越来越明显，太阳能由于其零排放的特点被人们所重视，可以大大减少温室气体的排放，对生态环境的保护起到很好的效果。

但是光伏发电技术也存在一些问题，如受到光照条件以及光照强度的不稳定性的影响，其输出功率有一定的波动性、间歇性，直接通过整流器整流并入电网不仅会影响电网电能的质量、还会影响电网的功率平衡。为了解决上述问题，在光伏电源接入储能装置能够使光伏电源稳定的并入电网。当光伏电源接入储能装置组成光伏储能系统后，不但可以解决光伏发电功率波动问题，还可以解决负荷功率的不平衡功能性，并且在电网故障时，储能装置可以防止瞬间电压跌落以及供电中断问题。但单一的储能装置存在着局限性，很难同时满足功率和能量的需求。另一方面现有的光伏并网系统的工作模式比较单一，难以满足不同用户的需求，且电网存在高峰和低谷，固定模式很难提高光伏系统的经济型。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种具有储能装置的光伏离并网系统，通过储能电池和超级电容各自发挥各自的优势，实现光伏储能系统输出稳定、削峰填谷的目的，同时可以基于电网的高峰和低谷实现光伏系统最大的经济化。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种具有储能装置的光伏离并网系统，包括光伏组件、Buck/Boost变换器、DC/DC双向变换器A、DC/DC双向变换器B、BMS、储能电池、超级电容、DC/AC双向整流器、开关K1、电网、交流负载和控制模块；所述光伏组件与Buck/Boost变换器电连接；所述Buck/Boost变换器的输出端分别与DC/DC双向变换器A、DC/DC双向变换器B及DC/AC双向整流器电连接；所述DC/DC双向变换器A与超级电容电连接；所述DC/DC双向变换器B与储能电池电连接；所述DC/AC双向整流器的另一端与交流负载及开关K1电连接；开关K1的另一端与电网电连接；所述控制模块分别与DC/AC双向整流器、开关K1、DC/DC双向变换器A、DC/DC双向变换器B以及BMS通信连接。

作为优选方案，还包括MPPT控制模块，所述MPPT控制模块具有控制器，电压采样电路，电流采样电路及开关管驱动电路；所述电压采样电路及电流采样电路采集光伏组件输出电压和输出电流；所述控制器基于所述输出电压和输出电流，控制开关管驱动电路输出PWM信号，控制所述Buck/Boost变换器中开关管的导通与截止。

作为优选方案，所述开关管驱动电路采用隔离驱动电路。

作为优选方案，所述开关K1为继电器、接触器，IGBT或MOSFET。

作为优选方案，还包括后台监控，所述后台监控与控制模块通信连接。

作为优选方案，所述光伏系统还包括发电机，还包括双向变压器，所述双向变压器设置于所述DC/AC双向整流器与开关K1之间。

作为优选方案，所述光伏系统还包括发电机，所述发电机与逆变电路连接为储能装置充电。

作为优选方案，所述电网为两相或三相。

作为优选方案，所述DC/AC双向整流器内设置有LC滤波电路。

作为优选方案，所述Buck/Boost变换器包括连接于光伏组件输出端的电容C1，电容C1的一端串联N沟道型开关管Q1的漏极，所述N沟道型开关管Q1的源极与电感L1及二极管D1的负极电连接，所述二极管D1的正极与电容C2串联并与电感L1的另一端共同电连接至电容C1的另一端。

本实用新型与现有光伏系统相比，具有以下优点：

1)采用超级电容与储能电池作为混合储能的发电系统，让储能电池和超级电容各自发挥各自的优势，从而实现光伏储能系统输出稳定，削峰填谷的目的；

2)采用隔离驱动电路可以有效抑制现场干扰对控制器的影响，提升光伏发电MPPT控制装置的抗干扰性能；

3)设置控制模块及开关K1，通过将控制模块与Buck/Boost变换器、DC/AC双向整流器、开关K1、DC/DC双向变换器A、DC/DC双向变换器B以及BMS通信连接，实现多种应用场景，提高了储能光伏系统的适用性。

附图说明

图1为本实用新型实施例1提供的具有储能装置的光伏离并网系统示意图；

图2为本实用新型实施例1提供的MPPT控制模块结构示意图；

图3A为本实用新型实施例1提供的具有储能装置的光伏离并网系统的电路结构图；

图3B为本实用新型实施例1提供的具有储能装置的光伏离并网系统的另一电路结构图；

图4为本实用新型实施例2提供的具有储能装置的光伏离并网系统示意图。

图中各个标号意义为：

1-光伏离并网系统，10-光伏组件，11-Buck/Boost变换器，12-储能电池模块，13-超级电容模块，14-DC/AC双向整流器，2-MPPT控制模块。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语中“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例1

参见图1，本实施例公开了一种具有储能装置的光伏离并网系统1，包括光伏组件10、Buck/Boost变换器、DC/DC双向变换器A、DC/DC双向变换器B、BMS(Battery ManagementSystem)、储能电池、超级电容、DC/AC双向整流器、开关、电网、交流负载和控制模块；所述光伏组件与Buck/Boost变换器电连接；所述Buck/Boost变换器的输出端分别与DC/DC双向变换器A、DC/DC双向变换器B及DC/AC双向整流器电连接；所述DC/DC双向变换器A与超级电容电连接；所述DC/DC双向变换器B与储能电池电连接；所述DC/AC双向整流器的另一端与交流负载及开关K1电连接；开关K1的另一端与电网电连接；所述控制模块分别与Buck/Boost变换器、DC/AC双向整流器、开关K1、DC/DC双向变换器A、DC/DC双向变换器B以及BMS通信连接。通过控制模块控制上述电路或开关的状态，可以得到不同应用场景的工作模式。

本实施例中，开关K1为继电器、接触器、IGBT或MOSFET。

进一步，所述光伏离并网系统还包括MPPT控制模块2，所述MPPT控制模块具有控制器，电压采样电路，电流采样电路及开关管驱动电路；所述电压采样电路及电流采样电路采集光伏组件输出电压和输出电流；所述控制器基于所述输出电压和输出电流，控制开关管驱动电路输出PWM信号，控制所述Buck/Boost变换器中开关管的导通与截止，如图2所示。所述开关管驱动电路采用隔离驱动电路。通过上述设置，一方面可以提高光伏输出功率，另一方面降低其他信号对于MPPT控制模块的干扰。

进一步，所述电网为两相电网或三相电网，可以为高压也可以为低压。

图3A和3B为本实用新型实施例提供的具体电路结构，其区别为电网分别为三相和两相电网，以两相电网为例进行详细说明，包括了Buck/Boost变换器11，储能电池模块12，超级电容模块13，DC/AC双向整流器14；其中储能电池模块12和超级电容模块13分别包括DC/DC双向变换器A和DC/DC双向变换器B，两者均为buck/boost电路；其中储能电池模块12包括储能电池、BMS及buck/boost电路；超级电容模块13包括超级电容、buck/Boost电路；所述DC/AC双向整流器14内还设置有LC滤波电路。所述Buck/Boost变换器包括连接于光伏组件输出端的电容C1，电容C1的一端串联N沟道型开关管Q1的漏极，所述N沟道型开关管Q1的源极与电感L1及二极管D1的负极电连接，所述二极管D1的正极与电容C2串联并与电感L1的另一端共同电连接至电容C1的另一端。

具体地，控制模块分别与储能电池模块12，超级电容模块13，DC/AC双向整流器14中的开关管，电池自带的BMS模块以及开关K1通信连接，通过控制上述开关管及开关实现各种工作模式的变更。需要指出的是，上述开关管及开关K1可以采用MOSFET，相较于其他开关元件，可以降低电路损耗，提高变换器的转换效率。

本实用新型提供的光伏离并网系统包括了多种工作模式，具体工作过程和原理如下：

并网：模式1：对储能装置(储能电池及超级电容)进行储能+并网输电：当光照充足，光伏组件输出功率较大，交流负载R1不工作时，此时控制模块控制开关K1闭合，光伏组件的电能通过Buck/Boost变换器，DC/AC双向整流器向电网供电；多余的电能通过DC/DC双向变换器B和DC/DC双向变换器A分别向储能电池和超级电容充电，此时Buck/Boost变换器在MPPT控制模块2的控制下以最大功率进行储能，其次控制模块通过控制DC/DC双向变换器B和DC/DC双向变换器A对输出功率和效率进行调整，其中储能电池承担低频信号部分，减少其充放电次数，增加蓄电池使用年限，超级电容承担高频信号部分，超级电容具有快速的充放电速度且循环寿命相对较长。通过上述控制，一方面增加了系统的寿命，另一方面提高了电能的质量同时达到了削峰填谷的效果。

并网：模式2：仅市电对储能装置(储能电池及超极电容)储能：当夜间时，电价较低，此时控制装置控制开关K1闭合，市电通过DC/AC双向整流器及DC/DC双向变换器B和DC/DC双向变换器A分别向储能电池和超级电容充电；此时若交流负载R1工作，则直接采用市电对其进行驱动。

离网：模式3：光伏组件与储能装置一起为交流负载供电：当光照条件较差时，光伏组件产生的电能无法独立驱动交流负载时，控制模块通过控制DC/DC双向变换器B、DC/DC双向变换器A和DC/AC双向整流器使得光伏组件与储能装置一起为交流负载充电，控制模块打开开关K1。

离网：模式4：光伏组件对储能装置供电，并对负载供电：当光照条件较好，光伏组件产生的电能较多，可以独立驱动交流负载正常工作，此时，控制模块通过控制DC/DC双向变换器B和DC/DC双向变换器A使得多余的电能储存在储能装置中。同时，当光伏组件的输出功率波动时，控制模块通过控制DC/DC双向变换器B、DC/DC双向变换器A及DC/AC双向整流器对电压的波动进行抑制，控制模块打开开关K1。

并网：模式5：光伏组件和市电同时为储能装置进行储能：当处于光照条件不足，交流负载不工作时，光伏组件输出功率低，电价较低时，此时控制模块控制相应的驱动电路使得光伏组件与市电同时为储能装置储能。

实施例2

如图4所示，本实施例所提供的光伏离并网系统，除了实施例1的特征之外，还具有发电机、双向变压器及后台监控，所述发电机为增程式发电机，连接于DC/DC双向变换器与BMS之间，所述双向变压器连接于DC/AC双向整流器与开关K1及交流负载之间，用于为电路进行升压；所述后台监控与控制模块通信连接，便于对光伏离并网系统1进行监测，如可以显示光伏系统电压、电流及功率信息，也可以包括故障信息预警等，支持参数的修订，如不同时刻的电价，基于所述电价通过控制模块控制所述光伏离并网系统的工作模式。

本实施例在实施例1所提供的工作模式基础上，还具有如下模式:

离网：模式6：发电机驱动交流负载：控制模块控制DC/DC双向变换器B、DC/AC双向整流器使得电能直接供给至交流负载R1；

离网：模式7：发电机对储能电池和/或超级电容进行储能：控制模块控制DC/DC双向变换器A及DC/DC双向变换器B使得发电机产生的电能储存在超级电容和/或储能电池中。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本实用新型的优选例，并不用来限制本实用新型，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种具有储能装置的光伏离并网系统，其特征在于，包括光伏组件、Buck/Boost变换器、DC/DC双向变换器A、DC/DC双向变换器B、BMS、储能电池、超级电容、DC/AC双向整流器、开关K1、电网、交流负载和控制模块；

所述光伏组件与Buck/Boost变换器电连接；所述Buck/Boost变换器的输出端分别与DC/DC双向变换器A、DC/DC双向变换器B及DC/AC双向整流器电连接；所述DC/DC双向变换器A与超级电容电连接；所述DC/DC双向变换器B与储能电池电连接；所述DC/AC双向整流器的另一端与交流负载及开关K1电连接；开关K1的另一端与电网电连接；

所述控制模块分别与DC/AC双向整流器、开关K1、DC/DC双向变换器A、DC/DC双向变换器B以及BMS通信连接。

2.根据权利要求1所述的光伏离并网系统，其特征在于，还包括MPPT控制模块，所述MPPT控制模块具有控制器，电压采样电路，电流采样电路及开关管驱动电路；所述电压采样电路及电流采样电路采集光伏组件输出电压和输出电流；所述控制器基于所述输出电压和输出电流，控制开关管驱动电路输出PWM信号，控制所述Buck/Boost变换器中开关管的导通与截止。

3.根据权利要求2所述的光伏离并网系统，其特征在于，所述开关管驱动电路采用隔离驱动电路。

4.根据权利要求1所述的光伏离并网系统，其特征在于，所述开关K1为继电器、接触器，IGBT或MOSFET。

5.根据权利要求1所述的光伏离并网系统，其特征在于，还包括后台监控，所述后台监控与控制模块通信连接。

6.根据权利要求1所属的光伏离并网系统，其特征在于，还包括双向变压器，所述双向变压器设置于所述DC/AC双向整流器与开关K1之间。

7.根据权利要求1所述的光伏离并网系统，其特征在于，所述光伏系统还包括发电机，所述发电机与逆变电路连接为储能装置充电。

8.根据权利要求1所述的光伏离并网系统，其特征在于，所述电网为两相或三相。

9.根据权利要求1所述的光伏离并网系统，其特征在于，所述DC/AC双向整流器内设置有LC滤波电路。

10.根据权利要求1所述的光伏离并网系统，其特征在于，所述Buck/Boost变换器包括连接于光伏组件输出端的电容C1，电容C1的一端串联N沟道型开关管Q1的漏极，所述N沟道型开关管Q1的源极与电感L1及二极管D1的负极电连接，所述二极管D1的正极与电容C2串联并与电感L1的另一端共同电连接至电容C1的另一端。

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