CN219611358U - 家庭光伏储能混合并网系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种家庭光伏储能混合并网系统，包括光伏发电组件、DC‑DC稳压器、DC‑DC变换器、DC‑AC逆变器、集成BMS系统的蓄电池组以及监控装置。本实用新型的家庭光伏储能混合并网系统，光伏发电组件吸收太阳能辐射产生直流电，并通过DC‑DC稳压器稳压输出后，经由DC‑AC逆变器转换为交流电，为负载供电或者并网输入220VAC市电，或者经由DC‑DC变换器进行降压处理后，向蓄电池组充电。通过监控装置例如工业计算机，可实现对器件的状态和工作模式监控，与电能转换设备的信息交互，从而实现系统能量管理中能量流与信息流的分配，实现了家庭光伏储能系统的优化和太阳能利用率的提高。
Description
技术领域
本实用新型涉及太阳能储能系统技术领域，具体而言涉及一种家庭光伏储能混合并网系统。
背景技术
随着可再生能源的快速发展，分布式光伏储能系统逐渐成为了未来家庭用电的重要发展方向，其集成了太阳能电池板和储能设备，能在太阳能电池板发电时将多余的能量存储在储能设备中，以备夜间或阴天使用，从而实现对家庭用电的自给自足。但于太阳能电池板发电的不确定性和储能设备容量的限制，为了提高系统的经济性和效率，需要对能量进行合理的管理和控制。
实用新型内容
本实用新型目的在于提供一种家庭光伏储能混合并网系统，可实现光伏发电与电网交互并存，同时实现对蓄电池的充放电控制，同时能够响应负载的需求侧，使得系统运行更加高效、经济。
根据本发明目的的第一方面，提出一种家庭光伏储能混合并网系统，包括光伏发电组件、DC-DC稳压器、DC-DC变换器、DC-AC逆变器、集成BMS系统的蓄电池组以及监控装置；
所述光伏发电组件的输出端与DC-DC稳压器的输入端连接，DC-DC稳压器的输出端与DC-AC逆变器的输入端连接，所述DC-AC逆变器的输出端经由一第一晶体管接入220VAC市电，并且经由一第二晶体管接入负载，为负载供电；
所述负载还被设置经由一第三晶体管接入220VAC市电，能够由220VAC市电向负载供电；
所述蓄电池组的电极端子与DC-DC变换器连接，所述DC-DC变换器同时与DC-DC稳压器的输出端以及DC-AC逆变器的输入端连接；
所述监控装置分别与所述DC-DC稳压器、DC-DC变换器、DC-AC逆变器电连接，并控制器运行；
其中，所述光伏发电组件用于吸收太阳能辐射产生直流电，并通过DC-DC稳压器稳压输出后，经由DC-AC逆变器转换为交流电，为负载供电或者并网输入220VAC市电，或者经由DC-DC变换器进行降压处理后，向蓄电池组充电。
作为可选的示例，所述DC-DC稳压器采用BST900W DC-DC数控升压模块，输入电压为0-250V，电流为0-20A；输出电压为0-500V，电流为0-20A。
作为可选的示例，所述蓄电池组为磷酸铁锂蓄电池组，由多个单体蓄电池串并联构成，单体蓄电池采用51.2V机架式锂储能电池，使用时充电额定电压为56.8V，电流为25A；放电额定电压为25V，电流为52A。
作为可选的示例，所述DC-DC变换器为数控双向变换器，能够被操作在升压模式或者降压模式切换，其中：
当所述蓄电池组处于放电状态时，DC-DC变换器被操作处于升压模式；当所述蓄电池组处于充电状态时，DC-DC变换器被操作处于降压模式。
作为可选的示例，所述DC-DC变换器采用YXPHM-DCCxb-I型号数控双向变换器，输入电压0-550V，输入电流0-34A；输出电压0-700V，输出电流为0-34A，母线电压最大600V。
作为可选的示例，所述DC-AC逆变器被设置用于将蓄电池组的放电电流和/或光伏发电产生的电流转换成能为负载供电以及并网到220VAC市电的交流电，其规格为：直流输入电压0-500V，直流输入电流0-20A，母线电压最大600V。
作为可选的示例，所述监控装置与所述DC-DC稳压器、DC-DC变换器、DC-AC逆变器之间通过485总线连接。
作为可选的示例，所述DC-AC逆变器与第一晶体管之间接入有电压互感器以及电流互感器，用于检测并网变压和电流
由以上本实用新型的家庭光伏储能混合并网系统，由光伏发电组件、DC-DC稳压器、DC-DC变换器、DC-AC逆变器、集成BMS系统的蓄电池组以及监控装置构成，光伏发电组件吸收太阳能辐射产生直流电，并通过DC-DC稳压器稳压输出后，经由DC-AC逆变器转换为交流电，为负载供电或者并网输入220VAC市电，或者经由DC-DC变换器进行降压处理后，向蓄电池组充电。通过监控装置例如工业计算机，可实现对器件的状态和工作模式监控，与电能转换设备的信息交互，从而实现系统能量管理中能量流与信息流的分配，实现了家庭光伏储能系统的优化和太阳能利用率的提高。
附图说明
图1是本实用新型实施例的家庭光伏储能混合并网系统的示意图，其中表示了能量流和信息流的逻辑。
图2是本实用新型实施例的家庭光伏储能混合并网系统的工作原理图，其中表示了能量流和信息流的逻辑。
具体实施方式
为了更了解本实用新型的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
在本公开中参照附图来描述本实用新型的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本实用新型的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本实用新型所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本实用新型公开的一些方面可以单独使用，或者与本实用新型公开的其他方面的任何适当组合来使用。
结合图1所示示例的家庭光伏储能混合并网系统，包括光伏发电组件101、DC-DC稳压器102、DC-DC变换器103、DC-AC逆变器104、集成BMS系统的蓄电池组105以及监控装置106。
光伏发电组件的输出端与DC-DC稳压器的输入端连接，DC-DC稳压器的输出端与DC-AC逆变器的输入端连接，DC-AC逆变器的输出端经由一第一晶体管接入220VAC市电，并且经由一第二晶体管接入负载，为负载供电；
负载还被设置经由一第三晶体管接入220VAC市电，能够由220VAC市电向负载供电；
蓄电池组的电极端子与DC-DC变换器连接，DC-DC变换器同时与DC-DC稳压器的输出端以及DC-AC逆变器的输入端连接；
监控装置分别与DC-DC稳压器、DC-DC变换器、DC-AC逆变器电连接，并控制器运行；
其中，光伏发电组件用于吸收太阳能辐射产生直流电，并通过DC-DC稳压器稳压输出后，经由DC-AC逆变器转换为交流电，为负载供电或者并网输入220VAC市电，或者经由DC-DC变换器进行降压处理后，向蓄电池组充电。
在本实用新型的实施例中，DC-AC逆变器选型上，其功率要同时满足光伏发电组件的功率和电池标称的放电功率。同时，DC-DC稳压器的输出电压要满足DC-AC逆变器逆变电网电压等级的需求，DC-DC变换器要满足蓄电池的标称功率要求。
DC-DC稳压器用于稳定光伏产生的直流电，作为可选的示例，采用BST900W DC-DC数控升压模块，输入电压为0-250V，电流为0-20A；输出电压为0-500V，电流为0-20A。
作为可选的示例，蓄电池组为磷酸铁锂蓄电池组，由多个单体蓄电池串并联构成，单体蓄电池采用51.2V机架式锂储能电池，使用时充电额定电压为56.8V，电流为25A；放电额定电压为25V，电流为52A。
结合图1所示，蓄电池组有充电和放电两种状态。
在充电状态时，光伏发电产生的电流经由DC-DC稳压器、DC-DC变换器向蓄电池充电；在放电状态时，蓄电池组经由DC-DC变换器、DC-AC逆变器向负载供电。
蓄电池组内集成有商用的BMS控制芯片，实现对充放电的管理、电池状态的监测以及保护功能。
作为可选的示例，DC-DC变换器为数控双向变换器，能够被操作在升压模式或者降压模式切换，其中：
当蓄电池组处于放电状态时，DC-DC变换器被操作处于升压模式；当蓄电池组处于充电状态时，DC-DC变换器被操作处于降压模式。
作为可选的示例，DC-DC变换器采用YXPHM-DCCxb-I型号数控双向变换器，输入电压0-550V，输入电流0-34A；输出电压0-700V，输出电流为0-34A，母线电压最大600V。
作为可选的示例，DC-AC逆变器被设置用于将蓄电池组的放电电流和/或光伏发电产生的电流转换成能为负载供电以及并网到220VAC市电的交流电，其规格为：直流输入电压0-500V，直流输入电流0-20A，母线电压最大600V。
作为可选的方式，监控装置与DC-DC稳压器、DC-DC变换器、DC-AC逆变器之间通过485总线连接。
作为可选的方式，，如图1所示，DC-AC逆变器与第一晶体管之间接入有电压互感器以及电流互感器，用于检测并网变压和电流。
如图1所示，三个晶体管(VT1、VT2、VT3)可采用相同信号的MOS管、三极管等实现。
结合图2所示，表示了图1所示的家庭光伏储能混合并网系统的工作模式控制过程。在控制过程中，能量流与信息流的分配将根据蓄电池的剩余电量(SOC)分为三个区间(SOC＜30％、30％＜SOC60％、SOC＞60％)。
能量流中所包含的物理量有：光伏电流IPV(t)、光伏电压UPV(t)、光伏功率PPV(t)、负载功率P(t)、蓄电池放电功率Pbat1(t)、充电功率Pbat2(t)。
以上物理量的遥测数据均可由树莓派通过485通讯获取。
(1)SOC＜30％
为了防止电池电量过低，当SOC＜30％时，系统不再进行光伏并网，光伏发电全部用于蓄电池的充电，交流负载从电网侧获取电量。
该时刻对DC-AC逆变器进行停机操作，晶体管VT1和VT2关断，VT3导通，且将蓄电池组端的双向DC-DC变换器设为降压模式，将低压侧参数遥调为：低压侧电压UL＝60V、低压侧电流低压侧功率PL＝PPV(t)。
(2)30％＜SOC＜60％
当电池剩余电量在此区间内，可以进行电池和光伏并联作为直流电源给交流负载供电或作为直流负载与交流负载一同获取光伏电能，晶体管VT1和VT2导通，VT3关断。
蓄电池组并入作为电源的条件在于PPV(t)＜P(t)，该时刻需要电池进行功率补足。该时刻将双向DC-DC变换器设为升压模式，将高压侧参数按式(1)进行遥调，包括高压侧电压UH、高压侧电流IH。同时，对DC-AC逆变器按式(1)进行交流电流IAC的设定。
当PPV(t)＞P(t)，光伏输出功率满足负载的功率需求，因此，该时刻蓄电池组可以作为直流负载进入充电模式，将双向DC-DC变换器设置为降压模式，并按式(1)进行IAC和DCDC低压侧电流IL的设定。
式(1)中参数的设定情况为理论参考依据，为保证实际系统的顺利运行，要考虑线路损耗、负载功率的变化裕量，可适当增加IH的设定值，并相应地增加IAC的设定值，以保证负载功率的需求。
在一些实施例中，同时可降低电池作为电源并入的条件，即：
当PPV(t)＜αP(t)(0＜α＜1),将蓄电池组并网，提高系统的稳定性。
(3)60％＜SOC
在此剩余电量区间，电池可以持续与光伏并联作为直流电源使用。
此时不再进行蓄电池组并入条件的判断，只需要针对PPV(t)＜P(t)和PPV(t)＞P(t)，两种情况进行不同的参数遥调即可。
当PPV(t)＞P(t)，此时电池按照额定功率(Pbat1(t)＝1.26kW)进行输出能量并网,光伏发电量优先满足负载需求，余量进行并网，晶体管VT1和VT2导通，VT3关断。将双向DC-DC变换器设为升压模式，将高压侧的参数按式(2)进行遥调，其中包括高压侧电压UH、高压侧电流IH。且对DCDCAC逆变器按式(2)进行交流电IAC的设定。
当PPV(t)＜P(t)时，蓄电池组按照负载与光伏功率的差值进行功率补偿，不再进行并网动作，晶体管VT2导通，VT1和VT3关断。此时双向DC-DC变换器设为升压模式，将高压侧的参数按式(2)进行遥调，其中包括高压侧电压UH、高压侧电流IH。且对DC-AC逆变器按式(2)进行交流电IAC的设定。
式(2)中参数的设定情况为理论参考依据，为保证实际系统的顺利运行，要考虑线路损耗、负载功率的变化裕量，可适当增加IH的设定值，并相应地增加IAC的设定值，以保证负载功率的需求；
在一些实施例中，同时可适当提高蓄电池额定功率电能并网的条件，即：
当PPV(t)＞βP(t)(β＞1),再将蓄电池组输出进行并网，提高系统的稳定性。
虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本实用新型。本实用新型所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本实用新型的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
Claims (8)
1.一种家庭光伏储能混合并网系统，其特征在于，包括光伏发电组件、DC-DC稳压器、DC-DC变换器、DC-AC逆变器、集成BMS系统的蓄电池组以及监控装置；
所述光伏发电组件的输出端与DC-DC稳压器的输入端连接，DC-DC稳压器的输出端与DC-AC逆变器的输入端连接，所述DC-AC逆变器的输出端经由一第一晶体管接入220VAC市电，并且经由一第二晶体管接入负载，为负载供电；
所述负载还被设置经由一第三晶体管接入220VAC市电，能够由220VAC市电向负载供电；
所述蓄电池组的电极端子与DC-DC变换器连接，所述DC-DC变换器同时与DC-DC稳压器的输出端以及DC-AC逆变器的输入端连接；
所述监控装置分别与所述DC-DC稳压器、DC-DC变换器、DC-AC逆变器电连接，并控制器运行；
其中，所述光伏发电组件用于吸收太阳能辐射产生直流电，并通过DC-DC稳压器稳压输出后，经由DC-AC逆变器转换为交流电，为负载供电或者并网输入220VAC市电，或者经由DC-DC变换器进行降压处理后，向蓄电池组充电。
2.根据权利要求1所述的家庭光伏储能混合并网系统，其特征在于，所述DC-DC稳压器采用BST900W DC-DC数控升压模块，输入电压为0-250V，电流为0-20A；输出电压为0-500V，电流为0-20A。
3.根据权利要求1所述的家庭光伏储能混合并网系统，其特征在于，所述蓄电池组为磷酸铁锂蓄电池组，由多个单体蓄电池串并联构成，单体蓄电池采用51.2V机架式锂储能电池，使用时充电额定电压为56.8V，电流为25A；放电额定电压为25V，电流为52A。
4.根据权利要求1所述的家庭光伏储能混合并网系统，其特征在于，所述DC-DC变换器为数控双向变换器，能够被操作在升压模式或者降压模式切换，其中：
当所述蓄电池组处于放电状态时，DC-DC变换器被操作处于升压模式；当所述蓄电池组处于充电状态时，DC-DC变换器被操作处于降压模式。
5.根据权利要求4所述的家庭光伏储能混合并网系统，其特征在于，所述DC-DC变换器采用YXPHM-DCCxb-I型号数控双向变换器，输入电压0-550V，输入电流0-34A；输出电压0-700V，输出电流为0-34A，母线电压最大600V。
6.根据权利要求1所述的家庭光伏储能混合并网系统，其特征在于，所述DC-AC逆变器被设置用于将蓄电池组的放电电流和/或光伏发电产生的电流转换成能为负载供电以及并网到220VAC市电的交流电，其规格为：直流输入电压0-500V，直流输入电流0-20A，母线电压最大600V。
7.根据权利要求1所述的家庭光伏储能混合并网系统，其特征在于，所述监控装置与所述DC-DC稳压器、DC-DC变换器、DC-AC逆变器之间通过485总线连接。
8.根据权利要求1-7中任意一项所述的家庭光伏储能混合并网系统，其特征在于，所述DC-AC逆变器与第一晶体管之间接入有电压互感器以及电流互感器，用于检测并网变压和电流。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202321260579.6U CN219611358U (zh) | 2023-05-23 | 2023-05-23 | 家庭光伏储能混合并网系统 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| CN202321260579.6U CN219611358U (zh) | 2023-05-23 | 2023-05-23 | 家庭光伏储能混合并网系统 |
Publications (1)
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| CN219611358U true CN219611358U (zh) | 2023-08-29 |
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Family Applications (1)
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| CN202321260579.6U Active CN219611358U (zh) | 2023-05-23 | 2023-05-23 | 家庭光伏储能混合并网系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
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2023
- 2023-05-23 CN CN202321260579.6U patent/CN219611358U/zh active Active
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