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CN106026164A - 一种具有储能装置的光伏发电系统 - Google Patents

一种具有储能装置的光伏发电系统 Download PDF

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CN106026164A CN201610429848.5A CN201610429848A CN106026164A CN 106026164 A CN106026164 A CN 106026164A CN 201610429848 A CN201610429848 A CN 201610429848A CN 106026164 A CN106026164 A CN 106026164A
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黄志鹏
潘三博
周敏
吕国柱
马咪
段星
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Abstract

本发明公开了一种具有储能装置的光伏发电系统，包括：光伏发电机，用于将光能转换为低压直流电能；DC/DC变换器，用于将低压直流电能转换为稳定直流电压；滤波电容用于滤除高频噪声；DC/AC逆变器，用于将稳定直流电压转换为交流市电供给负载和可控开关；双向DC/AC变换器，用于在光伏发电充足时将该DC/AC逆变器输出的交流市电转换为直流电压向储能装置充电或在光伏发电不充足时将该储能装置储存的电能转换为负载所需交流市电；储能装置，用于在光伏发电充足时将多余电能进行储存；可控开关，用于在控制系统的控制下接通或断开市电网络，通过本发明，对电能可进行有计划地存储和释放，从而达到平滑并网功率的目的。

Description

一种具有储能装置的光伏发电系统
技术领域
本发明涉及光伏发电技术领域，特别是涉及一种具有储能装置的光伏发电系统。
背景技术
随着科技的发展，可再生清洁能源的使用越来越广泛，而光伏发电技术受到广大研究者们的重视。光伏产业的快速发展，光伏电厂的发电量也逐渐增大，在并网的过程中，对电网的影响也逐渐增大。由于光伏组件输出的最大功率是由日照强度所决定，因此其输出的功率具有较大的波动性和随机性，而这种随机的不可控的特性，有可能对电网造成较大的冲击，也可能对一些重要负荷运行造成负面的影响。而储能装置则能够弥补光伏发电的这一缺点，对光伏电源输出功率进行削峰填谷、平波抑制。储能装置具有一定范围的功率调节作用，当发电量大于用电量时,剩余的电能向储能装置充电，保存起来；当发电量不够用时,储能装置可以将存储的电能释放出来，补充发电的不足。而当光伏发电发生突变时，储能装置也能起到实时补偿的作用，平衡系统输出功率。
现有技术中，采用储能方案，则可以使光伏电站一直工作于最大功率点位置，多余的电能通过修建的储能电站进行存储，在需要的时候再进行释放。一般在DC/DC侧并入储能装置，如图1所示。
此光伏系统，光伏组件发出的电经过DC/DC变换器稳定升压，再经过DC/AC逆变器使直流电变换成交流电，给负载供电。储能装置并入DC/DC侧，使经过DC/DC变换器变换的稳定的直流电储存到储能装置中。根据当前储能技术的研究现状，可以把储能形式分为四种:分别为机械储能、化学储能、电磁储能、和相变储能。而为了与新能源发电配合使用,一般采用电池储能或超级电容储能，它们均属于化学储能。
多余的电能通过修建的储能电站进行存储，在需要的时候再进行释放。然而集中修建储能电站存在一些问题：例如在一些分散性光伏发电场合，储能电站的选址较为困难；而且随着光伏发电装机容量的不断增加，必然需要再次新建储能电站，由此带来重复投资等问题，经济性较差。
发明内容
为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供具有储能装置的光伏发电系统，其通过利用超级电容器，使并网逆变器具备储能和并网发电2个功能，并且根据运行需要，对电能进行有计划地存储和释放，从而达到平滑并网功率的目的。
为达上述及其它目的，本发明提出一种具有储能装置的光伏发电系统，包括：
光伏发电机，用于将光能转换为低压直流电能；
DC/DC变换器，用于将低压直流电能转换为稳定直流电压，
滤波电容用于滤除高频噪声，
DC/AC逆变器，用于将稳定直流电压转换为交流市电供给负载和可控开关；
双向DC/AC变换器，用于在光伏发电充足时将该DC/AC逆变器输出的交流市电转换为直流电压向储能装置充电或在光伏发电不充足时将该储能装置储存的电能转换为负载所需交流市电；
储能装置，用于在光伏发电充足时将多余电能进行储存；
可控开关，用于在控制系统的控制下接通或断开市电网络。
进一步地，该储能装置由蓄电池和超级电容并联组成。
进一步地，该光伏发电机输出端连接该DC/DC变换器的输入端，该DC/DC变换器的输出端连接该DC/AC逆变器的输入端，该滤波电容并联连接在该DC/DC变换器的输出端间，该DC/AC逆变器的输出端连接负载、可控开关和该双向DC/AC变换器的交流端口。
进一步地，该双向DC/AC变换器采用全桥电路实现功率的双向变换。
进一步地，该双向DC/AC变换器包括第一至第四高频功率器件(V1-V4)以及第一至第四二极管(D1-D4)，该第一高频功率器件(V1)发射极与该第一二极管(D1)阳极、第三二极管(D3)阴极、第三高频功率器件(V3)集电极相连组成该双向DC/AC变换器的一交流端口，该第二高频功率器件(V2)发射极与该第二二极管(D2)阳极、第四二极管(D4)阴极、该第四高频功率器件(V4)集电极相连组成该双向DC/AC变换器的另一交流端口，该第一高频功率器件(V1)集电极与该第一二极管(D1)阴极、第二二极管(D2)阴极、该第二高频功率器件(V2)集电极相连组成该双向DC/AC变换器的直流端口正端，该第三高频功率器件(V3)发射极与该第三二极管(D3)阳极、第四二极管(D4)阳极、该第四高频功率器件(V4)发射极相连组成该双向DC/AC变换器的直流端口负端。
进一步地，该双向DC/AC变换器的直流端口正端和负端分别连接该储能装置的正端和负端。
进一步地，当该储能装置放电时，该双向DC/AC变换器直流到交流的转换以第一至第四高频功率器件(V1、V2、V3、V4)和第一至第四二极管(D1、D2、D3、D4)全桥逆变电路实现。
进一步地，当该储能装置充电时，该双向DC/AC变换器交流到直流的转换以第一至第四二极管(D1、D2、D3、D4)组成的全桥整流电路实现。
进一步地，所述超级电容为一级储能，并网运行时配电网作为二级储能，通过控制联络线功率，使超级电容端电压稳定在充放电限值以内，同时维持公共连接点母线电压在允许范围内变化。
进一步地，所述超级电容为一级储能，孤岛运行时该蓄电池作为二级储能，通过该超级电容的缓冲作用减少蓄电池充放电次数，延长蓄电池使用寿命，当超级电容达到充放电警戒值时，精确控制蓄电池以恒功率输出，调节超级电容端电压恢复到正常值。
与现有技术相比，本发明一种具有储能装置的光伏发电系统通过利用超级电容器，使并网逆变器具备储能和并网发电2个功能，并且根据运行需要，对电能进行有计划地存储和释放，从而达到平滑并网功率的目的。
附图说明
图1为现有技术中DC/DC侧并入储能装置的结构示意图；
图2为本发明一种具有储能装置的光伏发电系统的架构示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
图2为本发明一种具有储能装置的光伏发电系统的架构示意图。如图2所示，本发明一种具有储能装置的光伏发电系统包括光伏发电机10、DC/DC变换器20、滤波电容30、DC/AC逆变器40、双向DC/AC变换器50、储能装置60、可控开关70。
其中，光伏发电机10、DC/DC变换器20、滤波电容30、DC/AC逆变器40均为常规电路，光伏发电机10用于将光能转换为低压直流电能，DC/DC变换器20用于将低压直流电能转换为稳定直流电压Udc1，滤波电容30用于滤除高频噪声，DC/AC逆变器40用于将稳定直流电压转换为交流市电供给负载80和可控开关70，控制系统(未示出)根据光伏发电机10的发电情况和市电90状态(状态检测未示出)确定可控开关70是接通实行并网发电还是断开实行离网运行；双向DC/AC变换器50由高频功率器件V1-V4、二极管D1-D4组成，用于在光伏发电充足时将DC/AC逆变器40输出的交流市电转换为直流电压Udc2向储能装置60充电或在光伏发电不充足时将储能装置60储存的电能转换为负载所需交流市电；储能装置60由蓄电池和超级电容并联组成，用于在光伏发电充足时将多余电能进行储存，可控开关70用于接通或断开市电网络。
光伏发电机10输出端连接DC/DC变换器20的输入端，DC/DC变换器20的输出端连接DC/AC逆变器40的输入端，滤波电容30并联连接在DC/DC变换器20的输出端间，DC/AC逆变器40的输出端连接负载80、可控开关70和双向DC/AC变换器50的交流端口，高频功率器件V1发射极(MOSFET源极)与二极管D1阳极、二极管D3阴极、高频功率器件V3集电极(MOSFET漏极)相连组成双向DC/AC变换器50的一交流端口，高频功率器件V2发射极(MOSFET源极)与二极管D2阳极、二极管D4阴极、高频功率器件V4集电极(MOSFET漏极)相连组成双向DC/AC变换器50的另一交流端口，高频功率器件V1集电极(MOSFET漏极)与二极管D1阴极、二极管D2阴极、高频功率器件V2集电极(MOSFET漏极)相连组成双向DC/AC变换器50的直流端口正端，高频功率器件V3发射极(MOSFET源极)与二极管D3阳极、二极管D4阳极、高频功率器件V4发射极(MOSFET源极)相连组成双向DC/AC变换器50的直流端口负端，双向DC/AC变换器50的直流端口正端和负端分别连接储能装置60的正端和负端。
可见，本发明中，双向DC/AC变换器50采用全桥电路实现功率的双向变换。当储能装置放电时，DC到AC的转换以V1、V2、V3、V4和D1、D2、D3、D4全桥逆变电路实现；当储能装置充电时，AC到DC的转换以D1、D2、D3、D4组成的全桥整流电路实现。
在本发明中，具有如下三种状态：
(1)当光伏发电量充足时，不仅给负载供电还给储能装置充电，并且实现并网。
(2)当光伏发电量不足时，既可以储能装置释放电能给负载供电，也可以电网给负载供电。
(3)当电网出现故障时，开关S断开，实行离网运行模式。
本发明将超级电容作为系统一级缓冲储能优先平抑电网功率波动。并网运行时配电网作为二级储能，通过控制联络线功率，使超级电容端电压稳定在充放电限值以内，同时维持公共连接点母线电压在允许范围内变化；孤岛运行时蓄电池作为二级储能，通过超级电容的缓冲作用减少蓄电池充放电次数，延长蓄电池使用寿命，当超级电容达到充放电警戒值时，精确控制蓄电池以恒功率输出，调节超级电容端电压恢复到正常值。
综上所述，本发明一种具有储能装置的光伏发电系统通过利用超级电容器，使并网逆变器具备储能和并网发电2个功能，并且根据运行需要，对电能进行有计划地存储和释放，从而达到平滑并网功率的目的。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、在逆变器中集成储能功能，很好地解决了集中修建储能电站存在一些问题，便于就地使用。
2、混合储能装置的使用，对电能进行有计划地存储和释放同时，有达到平滑并网功率的目的
本发明可用于家用光伏发电系统和一些分散性光伏发电场合，由于储能装置集合在逆变器中，使用方便、安全，不仅可以使光伏系统离网运行，也可以使光伏系统安全并网运行；超级电容和蓄电池的联合使用，并网运行和离网运行两者间可以平滑、安全、可靠地切换。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (10)

1.一种具有储能装置的光伏发电系统，包括：
光伏发电机，用于将光能转换为低压直流电能；
DC/DC变换器，用于将低压直流电能转换为稳定直流电压，
滤波电容用于滤除高频噪声，
DC/AC逆变器，用于将稳定直流电压转换为交流市电供给负载和可控开关；
双向DC/AC变换器，用于在光伏发电充足时将该DC/AC逆变器输出的交流市电转换为直流电压向储能装置充电或在光伏发电不充足时将该储能装置储存的电能转换为负载所需交流市电；
储能装置，用于在光伏发电充足时将多余电能进行储存；
可控开关，用于在控制系统的控制下接通或断开市电网络。
2.如权利要求1所述的一种具有储能装置的光伏发电系统，其特征在于：该储能装置由蓄电池和超级电容并联组成。
3.如权利要求2所述的一种具有储能装置的光伏发电系统，其特征在于：该光伏发电机输出端连接该DC/DC变换器的输入端，该DC/DC变换器的输出端连接该DC/AC逆变器的输入端，该滤波电容并联连接在该DC/DC变换器的输出端间，该DC/AC逆变器的输出端连接负载、可控开关和该双向DC/AC变换器的交流端口。
4.如权利要求3所述的一种具有储能装置的光伏发电系统，其特征在于：该双向DC/AC变换器采用全桥电路实现功率的双向变换。
5.如权利要求4所述的一种具有储能装置的光伏发电系统，其特征在于：该双向DC/AC变换器包括第一至第四高频功率器件(V1-V4)以及第一至第四二极管(D1-D4)，该第一高频功率器件(V1)发射极与该第一二极管(D1)阳极、第三二极管(D3)阴极、第三高频功率器件(V3)集电极相连组成该双向DC/AC变换器的一交流端口，该第二高频功率器件(V2)发射极与该第二二极管(D2)阳极、第四二极管(D4)阴极、该第四高频功率器件(V4)集电极相连组成该双向DC/AC变换器的另一交流端口，该第一高频功率器件(V1)集电极与该第一二极管(D1)阴极、第二二极管(D2)阴极、该第二高频功率器件(V2)集电极相连组成该双向DC/AC变换器的直流端口正端，该第三高频功率器件(V3)发射极与该第三二极管(D3)阳极、第四二极管(D4)阳极、该第四高频功率器件(V4)发射极相连组成该双向DC/AC变换器的直流端口负端。
6.如权利要求5所述的一种具有储能装置的光伏发电系统，其特征在于：该双向DC/AC变换器的直流端口正端和负端分别连接该储能装置的正端和负端。
7.如权利要求5所述的一种具有储能装置的光伏发电系统，其特征在于：当该储能装置放电时，该双向DC/AC变换器直流到交流的转换以第一至第四高频功率器件(V1、V2、V3、V4)和第一至第四二极管(D1、D2、D3、D4)全桥逆变电路实现。
8.如权利要求7所述的一种具有储能装置的光伏发电系统，其特征在于：当该储能装置充电时，该双向DC/AC变换器交流到直流的转换以第一至第四二极管(D1、D2、D3、D4)组成的全桥整流电路实现。
9.如权利要求8所述的一种具有储能装置的光伏发电系统，其特征在于：所述超级电容为一级储能，并网运行时配电网作为二级储能，通过控制联络线功率，使超级电容端电压稳定在充放电限值以内，同时维持公共连接点母线电压在允许范围内变化。
10.如权利要求8所述的一种具有储能装置的光伏发电系统，其特征在于：所述超级电容为一级储能，孤岛运行时该蓄电池作为二级储能，通过该超级电容的缓冲作用减少蓄电池充放电次数，延长蓄电池使用寿命，当超级电容达到充放电警戒值时，精确控制蓄电池以恒功率输出，调节超级电容端电压恢复到正常值。
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