一種具有儲能裝置的光伏發電系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種具有儲能裝置的光伏發電系統，包括：光伏發電機，用于將光能轉換為低壓直流電能；DC/DC變換器，用于將低壓直流電能轉換為穩定直流電壓；濾波電容用于濾除高頻噪聲；DC/AC逆變器，用于將穩定直流電壓轉換為交流市電供給負載和可控開關；雙向DC/AC變換器，用于在光伏發電充足時將該DC/AC逆變器輸出的交流市電轉換為直流電壓向儲能裝置充電或在光伏發電不充足時將該儲能裝置儲存的電能轉換為負載所需交流市電；儲能裝置，用于在光伏發電充足時將多余電能進行儲存；可控開關，用于在控制系統的控制下接通或斷開市電網絡，通過本發明，對電能可進行有計劃地存儲和釋放，從而達到平滑并網功率的目的。
【專利說明】
一種具有儲能裝置的光伏發電系統
技術領域
[0001]本發明涉及光伏發電技術領域，特別是涉及一種具有儲能裝置的光伏發電系統。
【背景技術】
[0002]隨著科技的發展，可再生清潔能源的使用越來越廣泛，而光伏發電技術受到廣大研究者們的重視。光伏產業的快速發展，光伏電廠的發電量也逐漸增大，在并網的過程中，對電網的影響也逐漸增大。由于光伏組件輸出的最大功率是由日照強度所決定，因此其輸出的功率具有較大的波動性和隨機性，而這種隨機的不可控的特性，有可能對電網造成較大的沖擊，也可能對一些重要負荷運行造成負面的影響。而儲能裝置則能夠彌補光伏發電的這一缺點，對光伏電源輸出功率進行削峰填谷、平波抑制。儲能裝置具有一定范圍的功率調節作用，當發電量大于用電量時，剩余的電能向儲能裝置充電，保存起來；當發電量不夠用時，儲能裝置可以將存儲的電能釋放出來，補充發電的不足。而當光伏發電發生突變時，儲能裝置也能起到實時補償的作用，平衡系統輸出功率。
[0003]現有技術中，采用儲能方案，則可以使光伏電站一直工作于最大功率點位置，多余的電能通過修建的儲能電站進行存儲，在需要的時候再進行釋放。一般在DC/DC側并入儲能裝置，如圖1所示。
[0004]此光伏系統，光伏組件發出的電經過DC/DC變換器穩定升壓，再經過DC/AC逆變器使直流電變換成交流電，給負載供電。儲能裝置并入DC/DC側，使經過DC/DC變換器變換的穩定的直流電儲存到儲能裝置中。根據當前儲能技術的研究現狀，可以把儲能形式分為四種:分別為機械儲能、化學儲能、電磁儲能、和相變儲能。而為了與新能源發電配合使用，一般采用電池儲能或超級電容儲能，它們均屬于化學儲能。
[0005]多余的電能通過修建的儲能電站進行存儲，在需要的時候再進行釋放。然而集中修建儲能電站存在一些問題:例如在一些分散性光伏發電場合，儲能電站的選址較為困難；而且隨著光伏發電裝機容量的不斷增加，必然需要再次新建儲能電站，由此帶來重復投資等問題，經濟性較差。
【發明內容】
[0006]為克服上述現有技術存在的不足，本發明之目的在于提供具有儲能裝置的光伏發電系統，其通過利用超級電容器，使并網逆變器具備儲能和并網發電2個功能，并且根據運行需要，對電能進行有計劃地存儲和釋放，從而達到平滑并網功率的目的。
[0007]為達上述及其它目的，本發明提出一種具有儲能裝置的光伏發電系統，包括:
[0008]光伏發電機，用于將光能轉換為低壓直流電能；
[0009]DC/DC變換器，用于將低壓直流電能轉換為穩定直流電壓，
[0010]濾波電容用于濾除高頻噪聲，
[0011]DC/AC逆變器，用于將穩定直流電壓轉換為交流市電供給負載和可控開關；
[0012]雙向DC/AC變換器，用于在光伏發電充足時將該DC/AC逆變器輸出的交流市電轉換為直流電壓向儲能裝置充電或在光伏發電不充足時將該儲能裝置儲存的電能轉換為負載所需交流市電；
[0013]儲能裝置，用于在光伏發電充足時將多余電能進行儲存；
[0014]可控開關，用于在控制系統的控制下接通或斷開市電網絡。
[0015]進一步地，該儲能裝置由蓄電池和超級電容并聯組成。
[0016]進一步地，該光伏發電機輸出端連接該DC/DC變換器的輸入端，該DC/DC變換器的輸出端連接該DC/AC逆變器的輸入端，該濾波電容并聯連接在該DC/DC變換器的輸出端間，該DC/AC逆變器的輸出端連接負載、可控開關和該雙向DC/AC變換器的交流端口。
[0017]進一步地，該雙向DC/AC變換器采用全橋電路實現功率的雙向變換。
[0018]進一步地，該雙向DC/AC變換器包括第一至第四高頻功率器件(V1-V4)以及第一至第四二極管(D1-D4)，該第一高頻功率器件(Vl)發射極與該第一二極管(Dl)陽極、第三二極管(D3)陰極、第三高頻功率器件(V3)集電極相連組成該雙向DC/AC變換器的一交流端口，該第二高頻功率器件(V2)發射極與該第二二極管(D2)陽極、第四二極管(D4)陰極、該第四高頻功率器件(V4)集電極相連組成該雙向DC/AC變換器的另一交流端口，該第一高頻功率器件(Vl)集電極與該第一二極管(Dl)陰極、第二二極管(D2)陰極、該第二高頻功率器件(V2)集電極相連組成該雙向DC/AC變換器的直流端口正端，該第三高頻功率器件(V3)發射極與該第三二極管(D3)陽極、第四二極管(D4)陽極、該第四高頻功率器件(V4)發射極相連組成該雙向DC/AC變換器的直流端口負端。
[0019]進一步地，該雙向DC/AC變換器的直流端口正端和負端分別連接該儲能裝置的正端和負端。
[0020]進一步地，當該儲能裝置放電時，該雙向DC/AC變換器直流到交流的轉換以第一至第四高頻功率器件(￥1、￥2、￥3、￥4)和第一至第四二極管(01、02、03、04)全橋逆變電路實現。
[0021]進一步地，當該儲能裝置充電時，該雙向DC/AC變換器交流到直流的轉換以第一至第四二極管(D1、D2、D3、D4)組成的全橋整流電路實現。
[0022]進一步地，所述超級電容為一級儲能，并網運行時配電網作為二級儲能，通過控制聯絡線功率，使超級電容端電壓穩定在充放電限值以內，同時維持公共連接點母線電壓在允許范圍內變化。
[0023]進一步地，所述超級電容為一級儲能，孤島運行時該蓄電池作為二級儲能，通過該超級電容的緩沖作用減少蓄電池充放電次數，延長蓄電池使用壽命，當超級電容達到充放電警戒值時，精確控制蓄電池以恒功率輸出，調節超級電容端電壓恢復到正常值。
[0024]與現有技術相比，本發明一種具有儲能裝置的光伏發電系統通過利用超級電容器，使并網逆變器具備儲能和并網發電2個功能，并且根據運行需要，對電能進行有計劃地存儲和釋放，從而達到平滑并網功率的目的。
【附圖說明】
[0025]圖1為現有技術中DC/DC側并入儲能裝置的結構示意圖；
[0026]圖2為本發明一種具有儲能裝置的光伏發電系統的架構示意圖。
【具體實施方式】
[0027]以下通過特定的具體實例并結合【附圖說明】本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭示的內容輕易地了解本發明的其它優點與功效。本發明亦可通過其它不同的具體實例加以施行或應用，本說明書中的各項細節亦可基于不同觀點與應用，在不背離本發明的精神下進行各種修飾與變更。
[0028]圖2為本發明一種具有儲能裝置的光伏發電系統的架構示意圖。如圖2所示，本發明一種具有儲能裝置的光伏發電系統包括光伏發電機10、DC/DC變換器20、濾波電容30、DC/AC逆變器40、雙向DC/AC變換器50、儲能裝置60、可控開關70。
[0029]其中，光伏發電機10、DC/DC變換器20、濾波電容30、DC/AC逆變器40均為常規電路，光伏發電機10用于將光能轉換為低壓直流電能，DC/DC變換器20用于將低壓直流電能轉換為穩定直流電壓Udc I，濾波電容30用于濾除高頻噪聲，DC/AC逆變器40用于將穩定直流電壓轉換為交流市電供給負載80和可控開關70，控制系統(未示出)根據光伏發電機10的發電情況和市電90狀態(狀態檢測未示出)確定可控開關70是接通實行并網發電還是斷開實行離網運行;雙向DC/AC變換器50由高頻功率器件V1-V4、二極管Dl-D4組成，用于在光伏發電充足時將DC/AC逆變器40輸出的交流市電轉換為直流電壓Udc2向儲能裝置60充電或在光伏發電不充足時將儲能裝置60儲存的電能轉換為負載所需交流市電；儲能裝置60由蓄電池和超級電容并聯組成，用于在光伏發電充足時將多余電能進行儲存，可控開關70用于接通或斷開市電網絡。
[0030]光伏發電機10輸出端連接DC/DC變換器20的輸入端，DC/DC變換器20的輸出端連接DC/AC逆變器40的輸入端，濾波電容30并聯連接在DC/DC變換器20的輸出端間，DC/AC逆變器40的輸出端連接負載80、可控開關70和雙向DC/AC變換器50的交流端口，高頻功率器件Vl發射極(M0SFET源極)與二極管Dl陽極、二極管D3陰極、高頻功率器件V3集電極(M0SFET漏極)相連組成雙向DC/AC變換器50的一交流端口，高頻功率器件V2發射極(M0SFET源極)與二極管D2陽極、二極管D4陰極、高頻功率器件V4集電極(M0SFET漏極)相連組成雙向DC/AC變換器50的另一交流端口，高頻功率器件VI集電極(M0SFET漏極)與二極管DI陰極、二極管D2陰極、高頻功率器件V2集電極(M0SFET漏極)相連組成雙向DC/AC變換器50的直流端口正端，高頻功率器件V3發射極(M0SFET源極)與二極管D3陽極、二極管D4陽極、高頻功率器件V4發射極(M0SFET源極)相連組成雙向DC/AC變換器50的直流端口負端，雙向DC/AC變換器50的直流端口正端和負端分別連接儲能裝置60的正端和負端。
[0031]可見，本發明中，雙向DC/AC變換器50采用全橋電路實現功率的雙向變換。當儲能裝置放電時，0(:到4(:的轉換以￥1、￥2、￥3、￥4和01、02、03、04全橋逆變電路實現；當儲能裝置充電時，AC到DC的轉換以01、02、03、D4組成的全橋整流電路實現。
[0032]在本發明中，具有如下三種狀態:
[0033](I)當光伏發電量充足時，不僅給負載供電還給儲能裝置充電，并且實現并網。
[0034](2)當光伏發電量不足時，既可以儲能裝置釋放電能給負載供電，也可以電網給負載供電。
[0035](3)當電網出現故障時，開關S斷開，實行離網運行模式。
[0036]本發明將超級電容作為系統一級緩沖儲能優先平抑電網功率波動。并網運行時配電網作為二級儲能，通過控制聯絡線功率，使超級電容端電壓穩定在充放電限值以內，同時維持公共連接點母線電壓在允許范圍內變化;孤島運行時蓄電池作為二級儲能，通過超級電容的緩沖作用減少蓄電池充放電次數，延長蓄電池使用壽命，當超級電容達到充放電警戒值時，精確控制蓄電池以恒功率輸出，調節超級電容端電壓恢復到正常值。
[0037]綜上所述，本發明一種具有儲能裝置的光伏發電系統通過利用超級電容器，使并網逆變器具備儲能和并網發電2個功能，并且根據運行需要，對電能進行有計劃地存儲和釋放，從而達到平滑并網功率的目的。
[0038]與現有技術相比，本發明具有如下優點:
[0039]1、在逆變器中集成儲能功能，很好地解決了集中修建儲能電站存在一些問題，便于就地使用。
[0040]2、混合儲能裝置的使用，對電能進行有計劃地存儲和釋放同時，有達到平滑并網功率的目的
[0041]本發明可用于家用光伏發電系統和一些分散性光伏發電場合，由于儲能裝置集合在逆變器中，使用方便、安全，不僅可以使光伏系統離網運行，也可以使光伏系統安全并網運行;超級電容和蓄電池的聯合使用，并網運行和離網運行兩者間可以平滑、安全、可靠地切換。
[0042]上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用于限制本發明。任何本領域技術人員均可在不違背本發明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾與改變。因此，本發明的權利保護范圍，應如權利要求書所列。
【主權項】
1.一種具有儲能裝置的光伏發電系統，包括: 光伏發電機，用于將光能轉換為低壓直流電能； DC/DC變換器，用于將低壓直流電能轉換為穩定直流電壓， 濾波電容用于濾除尚頻噪聲， DC/AC逆變器，用于將穩定直流電壓轉換為交流市電供給負載和可控開關； 雙向DC/AC變換器，用于在光伏發電充足時將該DC/AC逆變器輸出的交流市電轉換為直流電壓向儲能裝置充電或在光伏發電不充足時將該儲能裝置儲存的電能轉換為負載所需交流市電； 儲能裝置，用于在光伏發電充足時將多余電能進行儲存； 可控開關，用于在控制系統的控制下接通或斷開市電網絡。2.如權利要求1所述的一種具有儲能裝置的光伏發電系統，其特征在于:該儲能裝置由蓄電池和超級電容并聯組成。3.如權利要求2所述的一種具有儲能裝置的光伏發電系統，其特征在于:該光伏發電機輸出端連接該DC/DC變換器的輸入端，該DC/DC變換器的輸出端連接該DC/AC逆變器的輸入端，該濾波電容并聯連接在該DC/DC變換器的輸出端間，該DC/AC逆變器的輸出端連接負載、可控開關和該雙向DC/AC變換器的交流端口。4.如權利要求3所述的一種具有儲能裝置的光伏發電系統，其特征在于:該雙向DC/AC變換器采用全橋電路實現功率的雙向變換。5.如權利要求4所述的一種具有儲能裝置的光伏發電系統，其特征在于:該雙向DC/AC變換器包括第一至第四高頻功率器件(V1-V4)以及第一至第四二極管(D1-D4)，該第一高頻功率器件(VI)發射極與該第一二極管(Dl)陽極、第三二極管(D3)陰極、第三高頻功率器件(V3)集電極相連組成該雙向DC/AC變換器的一交流端口，該第二高頻功率器件(V2)發射極與該第二二極管(D2)陽極、第四二極管(D4)陰極、該第四高頻功率器件(V4)集電極相連組成該雙向DC/AC變換器的另一交流端口，該第一高頻功率器件(Vl)集電極與該第一二極管(DI)陰極、第二二極管(D2)陰極、該第二高頻功率器件(V2)集電極相連組成該雙向DC/AC變換器的直流端口正端，該第三高頻功率器件(V3)發射極與該第三二極管(D3)陽極、第四二極管(D4)陽極、該第四高頻功率器件(V4)發射極相連組成該雙向DC/AC變換器的直流端口負端。6.如權利要求5所述的一種具有儲能裝置的光伏發電系統，其特征在于:該雙向DC/AC變換器的直流端口正端和負端分別連接該儲能裝置的正端和負端。7.如權利要求5所述的一種具有儲能裝置的光伏發電系統，其特征在于:當該儲能裝置放電時，該雙向DC/AC變換器直流到交流的轉換以第一至第四高頻功率器件(V1、V2、V3、V4)和第一至第四二極管(01、02、03、04)全橋逆變電路實現。8.如權利要求7所述的一種具有儲能裝置的光伏發電系統，其特征在于:當該儲能裝置充電時，該雙向DC/AC變換器交流到直流的轉換以第一至第四二極管(D1、D2、D3、D4)組成的全橋整流電路實現。9.如權利要求8所述的一種具有儲能裝置的光伏發電系統，其特征在于:所述超級電容為一級儲能，并網運行時配電網作為二級儲能，通過控制聯絡線功率，使超級電容端電壓穩定在充放電限值以內，同時維持公共連接點母線電壓在允許范圍內變化。10.如權利要求8所述的一種具有儲能裝置的光伏發電系統，其特征在于:所述超級電容為一級儲能，孤島運行時該蓄電池作為二級儲能，通過該超級電容的緩沖作用減少蓄電池充放電次數，延長蓄電池使用壽命，當超級電容達到充放電警戒值時，精確控制蓄電池以恒功率輸出，調節超級電容端電壓恢復到正常值。
【文檔編號】H02J3/32GK106026164SQ201610429848
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月16日
【發明人】黃志鵬, 潘三博, 周敏, 呂國柱, 馬咪, 段星
【申請人】上海電機學院