CN106549416A - 光储一体化*** - Google Patents

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Abstract

提供一种光储一体化***。所述光储一体化***包括：多个集散式光伏汇流箱、光伏逆变器、直流母线，其中，所述多个集散式光伏汇流箱中的每个集散式光伏汇流箱的输入端连接到至少一个光伏组件，所述每个集散式光伏汇流箱的输出端接入所述直流母线，所述光伏逆变器的直流端接入所述直流母线，所述光伏逆变器的交流端接入电网，其中，所述直流母线上设置有用于储能装置接入的多个接口。根据所述光储一体化***，能够解决现有的光伏发电***存在的不稳定性、间歇性、弃光等问题。

Description

光储一体化***
技术领域
本发明总体说来涉及光伏发电领域，更具体地讲，涉及一种光储一体化***。
背景技术
能源是人类赖以生存的物质基础，化石能源的有限性和大量的开采利用导致能源短缺和环境污染的问题日益加重，太阳能作为当前最为清洁、最有利用前景的可再生能源之一，其利用受到普遍关注。
然而，在大型地面电站日益发展的今天，光伏发电***仍存在较严重的不稳定性、间歇性、弃光等问题。
例如，由于受环境等多种因素的影响，光伏发电***在某一时期的发电量相对较高、而在某一时期的发电量却相对较低，导致光伏发电***向电网提供的电量不稳定。此外，由于现存的可再生能源的消纳问题，存在较严重的弃光现象。例如，2015年甘肃省风电利用小时数仅为1184小时、弃风率达39％，光电利用小时数仅为1061小时，弃光率达31％，弃风、弃光电量高达108亿千瓦时，占新能源可发电量36.97％。因此，光伏发电***存在的上述问题急需解决。
发明内容
本发明的示例性实施例在于提供一种光储一体化***，以解决现有的光伏发电***存在的不稳定性、间歇性、弃光等问题。
根据本发明的示例性实施例，提供一种光储一体化***，其特征在于，所述光储一体化***包括：多个集散式光伏汇流箱、光伏逆变器、直流母线，其中，所述多个集散式光伏汇流箱中的每个集散式光伏汇流箱的输入端连接到至少一个光伏组件，所述每个集散式光伏汇流箱的输出端接入所述直流母线，所述光伏逆变器的直流端接入所述直流母线，所述光伏逆变器的交流端接入电网，其中，所述直流母线上设置有用于储能装置接入的多个接口。
可选地，所述光储一体化***还包括：多个集散式储能汇流箱，其中，所述多个集散式储能汇流箱中的每个集散式储能汇流箱的一端连接到至少一个储能装置，所述每个集散式储能汇流箱的另一端经由所述多个接口中的一个接口接入所述直流母线。
可选地，所述光伏逆变器包括：多个并联的逆变器模块，其中，所述多个逆变器模块中的每个逆变器模块的直流端接入所述直流母线，所述每个逆变器模块的交流端接入电网。
可选地，所述每个集散式光伏汇流箱包括：最大功率点跟踪MPPT太阳能控制器。
可选地，所述每个集散式光伏汇流箱包括：多个并联的DC/DC单向电路。
可选地，每个DC/DC单向电路包括：直流支撑电容器、电感器、升压绝缘栅双极型晶体管、二极管、滤波电容器、续流二极管，其中，至少一个光伏组件的正极分别与直流支撑电容器的一端和电感器的一端相连接，电感器的另一端分别连接到升压绝缘栅双极型晶体管的集电极和二极管的阳极，二极管的阴极和滤波电容器的一端连接到所述直流母线的正极，所述至少一个光伏组件的负极分别与直流支撑电容器的另一端和升压绝缘栅双极型晶体管的发射极相连接，升压绝缘栅双极型晶体管的发射极和滤波电容器的另一端连接到所述直流母线的负极，升压绝缘栅双极型晶体管与续流二极管反并联。
可选地，所述每个集散式储能汇流箱包括：多个并联的DC/DC双向电路。
可选地，每个DC/DC双向电路包括：直流支撑电容器、电感器、降压绝缘栅双极型晶体管、降压续流二极管、滤波电容器、升压绝缘栅双极型晶体管、升压续流二极管，其中，至少一个储能装置的正极分别与直流支撑电容器的一端和电感器的一端相连接，电感器的另一端分别连接到升压绝缘栅双极型晶体管的集电极和降压绝缘栅双极型晶体管的发射极，降压绝缘栅双极型晶体管的集电极和滤波电容器的一端连接到所述多个接口中的一个接口的正极，所述至少一个储能装置的负极分别与直流支撑电容器的另一端和升压绝缘栅双极型晶体管的发射极相连接，升压绝缘栅双极型晶体管的发射极和滤波电容器的另一端连接到所述一个接口的负极，升压绝缘栅双极型晶体管与降压续流二极管反并联，降压绝缘栅双极型晶体管与升压续流二极管反并联。
在根据本发明示例性实施例的光储一体化***中，通过在直流母线上设置用于储能装置接入的多个接口，便于储能装置接入，从而使光伏发电***能够蓄电，解决了现有的光伏发电***存在的不稳定性、间歇性、弃光等问题，并且还能够实现电能的平衡、调节、削峰填谷等。此外，通过将光伏逆变器模块化，能够提高光伏逆变器的维护效率、可靠性和拓展性。
将在接下来的描述中部分阐述本发明总体构思另外的方面和/或优点，还有一部分通过描述将是清楚的，或者可以经过本发明总体构思的实施而得知。
附图说明
通过下面结合示例性地示出实施例的附图进行的描述，本发明示例性实施例的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：
图1示出根据本发明示例性实施例的光储一体化***的框图；
图2示出根据本发明的另一示例性实施例的光储一体化***的框图；
图3示出根据本发明的另一示例性实施例的光储一体化***的框图；
图4示出根据本发明示例性实施例的DC/DC单向电路的电路图；
图5示出根据本发明示例性实施例的DC/DC双向电路的电路图。
具体实施方式
现将详细参照本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中，相同的标号始终指的是相同的部件。以下将通过参照附图来说明所述实施例，以便解释本发明。
图1示出根据本发明示例性实施例的光储一体化***的框图。
如图1所示，根据本发明示例性实施例的光储一体化***包括：多个集散式光伏汇流箱10、光伏逆变器20、直流母线30。
具体说来，每个集散式光伏汇流箱10的输入端连接到至少一个光伏组件，每个集散式光伏汇流箱10的输出端接入直流母线30，光伏逆变器20的直流端接入直流母线30，光伏逆变器20的交流端接入电网，其中，直流母线30上设置有用于储能装置接入的多个接口。
作为示例，各种类型的各种电压范围的储能装置均可通过所述多个接口接入直流母线30，从而便于将与集散式光伏汇流箱10连接的光伏组件产生的电能输入到储能装置中进行存储、将储能装置中存储的电能输出到电网。
作为示例，光伏逆变器20可以是双向光伏逆变器，从而可将电网中的电能输入到储能装置中进行存储。
作为示例，储能装置可以是光伏组件、电池等。如果储能装置是光伏组件，则储能装置既能够储存电能，本身也能够产生电能。
根据本发明示例性实施例的光储一体化***，能够实现以下有益效果：(1)能够切实解决弃光问题、促进可再生能源消纳，也可以实现可再生能源的平滑功率波动、削峰平谷、调频调压，还能够实现可再生能源大规模接入电网；(2)直流母线上设置的多个接口可适用于多路不同种类较宽电压范围的储能装置同时输入，实现不同种类储能装置的灵活配置，避免了大功率储能***中过多的电池组并联所带来的寿命降低问题，尤其能够支持未来电动汽车电池的梯次利用，大幅降低光伏电站储能***的投资；(3)将储能应用到光伏发电***中，实现光储一体化，满足降低成本和提升发电量的需求。
作为示例，光伏逆变器20的交流端可经由其他设备再接入电网。例如，光伏逆变器20的交流端可经由变压器等设备再接入电网。
作为示例，每个集散式光伏汇流箱10可包括：最大功率点跟踪MPPT太阳能控制器，从而通过集散式光伏汇流箱10来实现MPPT功能。
MPPT功能能够降低光伏组件参数不一致、局部阴影、仰角差异等导致的效率损失，能够提升***的发电量。并且，通过集散式光伏汇流箱10来实现MPPT功能，能够实现MPPT功能与光伏逆变器20的逆变并网功能独立的解耦控制、储能装置的充放电功能与MPPT功能完全独立。
作为示例，每个集散式光伏汇流箱10可包括：多个并联的DC/DC单向电路(未示出)。因此，当一个DC/DC单向电路发生故障时，不会影响其他DC/DC单向电路的工作，从而不会影响整个集散式光伏汇流箱10的正常工作，增加了设备的稳定性。作为优选示例，可参照图4来实现根据本发明示例性实施例的DC/DC单向电路。
图2示出根据本发明的另一示例性实施例的光储一体化***的框图。
如图2所示，根据本发明的另一示例性实施例的光储一体化***包括：多个集散式光伏汇流箱10、光伏逆变器20、直流母线30，其中，每个光伏逆变器20包括多个并联的逆变器模块201，其中，每个逆变器模块201的直流端接入直流母线30，每个逆变器模块201的交流端接入电网。
这里，集散式光伏汇流箱10和直流母线30可参照图1示出的根据本发明示例性实施例的集散式光伏汇流箱10和直流母线30来实现，在此不再赘述。
本发明通过将光伏逆变器20模块化，能够实现以下有益效果：(1)能够实现逆变器模块的可插拔、前维护(即，维护人员站在光伏逆变器的正面即可完成对设备的日常维护)，缩短了光伏逆变器的维护时间，能够快速处理光伏逆变器的故障，降低对发电量的影响；(2)便于装配、缩短货期，满足客户快速建站的需求；(3)解决了传统单机大功率逆变器的可靠性问题，根据本发明示例性实施例的光伏逆变器中的任一逆变器模块发生故障，不会影响其他逆变器模块的正常工作，能够持续发电，从而增加了***的可靠性；(4)更加适合小功率分布式发电场合，并可通过多个逆变器模块的拼接实现更大功率的扩展，提高了***配置的灵活性和设备的功率密度；(5)能够进一步降低***成本，且耗电量相对较低。
以现有的1MW光伏发电***为例，现有的1MW光伏发电***包括：1台1MW光伏逆变器、N台集散式光伏汇流箱。然而，当将该光伏发电***应用到小功率分布式发电场合时，该小功率分布式发电场合只有800kW的光伏组件，而此时使用1台1MW光伏逆变器、N台集散式光伏汇流箱的配置则明显会造成资源的浪费。利用根据本发明示例性实施例的基于模块化的光伏逆变器的光储一体化***，可将总功率为800kW的M台集散式光伏汇流箱的输出端接入直流母线，总功率为800kW的N个逆变器模块的直流侧并联接入直流母线，从而降低***成本、和***耗电量。利用根据本发明示例性实施例的基于模块化的光伏逆变器的光储一体化***，能够根据实际情况(例如，光伏组件的总功率)来配备光伏逆变器中的逆变器模块，与现有的光伏逆变器相比配置更加灵活，成本更低。更加适合小功率分布式发电场合，这样不仅可以提高***配置的灵活性，还可以进一步降低***成本。
图3示出根据本发明的另一示例性实施例的光储一体化***的框图。
如图3所示，根据本发明的另一示例性实施例的光储一体化***包括：多个集散式光伏汇流箱10、光伏逆变器20、直流母线30、多个集散式储能汇流箱40，其中，每个集散式储能汇流箱40的一端连接到至少一个储能装置，每个集散式储能汇流箱40的另一端经由直流母线30上设置的多个接口中的一个接口接入直流母线30。应该理解，不同的集散式储能汇流箱40可通过直流母线30上的同一接口或不同接口接入直流母线30。
这里，集散式光伏汇流箱10、光伏逆变器20和直流母线30可参照图1或图2示出的根据本发明示例性实施例的集散式光伏汇流箱10、光伏逆变器20和直流母线30来实现，在此不再赘述。
作为示例，每个集散式储能汇流箱40可包括：多个并联的DC/DC双向电路(未示出)。因此，当一个DC/DC双向电路发生故障时，不会影响其他DC/DC双向电路的工作，从而不会影响整个集散式储能汇流箱40的正常工作，增加了设备的稳定性。作为优选示例，可参照图5来实现根据本发明示例性实施例的DC/DC双向电路。
应该理解，作为示例，可经由集散式储能汇流箱40将储能装置连接到直流母线30上的接口，从而实现与直流母线30的电压不同的储能装置能够接入直流母线30，例如，当储能装置是光伏组件时；作为另一示例，储能装置也可直接连接到直流母线30上的接口，例如，储能装置本身具备用于电压转换的装置以实现储能装置直接接入直流母线30。
图4示出根据本发明示例性实施例的DC/DC单向电路的电路图。
如图4所示，根据本发明示例性实施例的DC/DC单向电路包括：直流支撑电容器101、电感器102、升压绝缘栅双极型晶体管103、二极管104、输滤波电容器105、续流二极管106。
具体说来，至少一个光伏组件的正极分别与直流支撑电容器101的一端和电感器102的一端相连接，电感器102的另一端分别连接到升压绝缘栅双极型晶体管103的集电极和二极管104的阳极，二极管104的阴极和滤波电容器105的一端均连接到直流母线30的正极，所述至少一个光伏组件的负极分别与直流支撑电容器101的另一端和升压绝缘栅双极型晶体管103的发射极相连接，升压绝缘栅双极型晶体管103的发射极和滤波电容器105的另一端均连接到直流母线30的负极，升压绝缘栅双极型晶体管103与续流二极管106反并联。
图5示出根据本发明示例性实施例的DC/DC双向电路的电路图。
如图5所示，根据本发明示例性实施例的DC/DC双向电路包括：直流支撑电容器401、电感器402、升压绝缘栅双极型晶体管403、降压续流二极管404、滤波电容器405、降压绝缘栅双极型晶体管406、升压续流二极管407。
具体说来，至少一个储能装置的正极分别与直流支撑电容器401的一端和电感器402的一端相连接，电感器402的另一端分别连接到升压绝缘栅双极型晶体管403的集电极和降压绝缘栅双极型晶体管406的发射极，降压绝缘栅双极型晶体管406的集电极和滤波电容器405的一端均连接到所述多个接口中的一个接口的正极(即，直流母线30的正极)，所述至少一个储能装置的负极分别与直流支撑电容器401的另一端和升压绝缘栅双极型晶体管403的发射极相连接，升压绝缘栅双极型晶体管403的发射极和滤波电容器405的另一端均连接到所述一个接口的负极(即，直流母线30的负极)，升压绝缘栅双极型晶体管403与降压续流二极管404反并联，降压绝缘栅双极型晶体管406与升压续流二极管407反并联。
根据本发明示例性实施例的光储一体化***，通过在直流母线上设置用于储能装置接入的多个接口，便于储能装置接入，从而使光伏发电***能够蓄电，解决了现有的光伏发电***存在的不稳定性、间歇性、弃光等问题，并且还能够实现电能的平衡、调节、削峰填谷等。此外，通过将光伏逆变器模块化，能够提高光伏逆变器的维护效率、可靠性和拓展性。
虽然已表示和描述了本发明的一些示例性实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本发明的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改。

Claims (8)

1.一种光储一体化***，其特征在于，所述光储一体化***包括：多个集散式光伏汇流箱、光伏逆变器、直流母线，
其中，所述多个集散式光伏汇流箱中的每个集散式光伏汇流箱的输入端连接到至少一个光伏组件，所述每个集散式光伏汇流箱的输出端接入所述直流母线，所述光伏逆变器的直流端接入所述直流母线，所述光伏逆变器的交流端接入电网，
其中，所述直流母线上设置有用于储能装置接入的多个接口。
2.根据权利要求1所述的光储一体化***，其特征在于，所述光储一体化***还包括：多个集散式储能汇流箱，
其中，所述多个集散式储能汇流箱中的每个集散式储能汇流箱的一端连接到至少一个储能装置，所述每个集散式储能汇流箱的另一端经由所述多个接口中的一个接口接入所述直流母线。
3.根据权利要求1或2所述的光储一体化***，其特征在于，所述光伏逆变器包括：多个并联的逆变器模块，
其中，所述多个逆变器模块中的每个逆变器模块的直流端接入所述直流母线，所述每个逆变器模块的交流端接入电网。
4.根据权利要求1所述的光储一体化***，其特征在于，所述每个集散式光伏汇流箱包括：最大功率点跟踪MPPT太阳能控制器。
5.根据权利要求1所述的光储一体化***，其特征在于，所述每个集散式光伏汇流箱包括：多个并联的DC/DC单向电路。
6.根据权利要求5所述的光储一体化***，其特征在于，每个DC/DC单向电路包括：直流支撑电容器、电感器、升压绝缘栅双极型晶体管、二极管、滤波电容器、续流二极管，
其中，至少一个光伏组件的正极分别与直流支撑电容器的一端和电感器的一端相连接，电感器的另一端分别连接到升压绝缘栅双极型晶体管的集电极和二极管的阳极，二极管的阴极和滤波电容器的一端连接到所述直流母线的正极，所述至少一个光伏组件的负极分别与直流支撑电容器的另一端和升压绝缘栅双极型晶体管的发射极相连接，升压绝缘栅双极型晶体管的发射极和滤波电容器的另一端连接到所述直流母线的负极，升压绝缘栅双极型晶体管与续流二极管反并联。
7.根据权利要求2所述的光储一体化***，其特征在于，所述每个集散式储能汇流箱包括：多个并联的DC/DC双向电路。
8.根据权利要求7所述的光储一体化***，其特征在于，每个DC/DC双向电路包括：直流支撑电容器、电感器、降压绝缘栅双极型晶体管、降压续流二极管、滤波电容器、升压绝缘栅双极型晶体管、升压续流二极管，
其中，至少一个储能装置的正极分别与直流支撑电容器的一端和电感器的一端相连接，电感器的另一端分别连接到升压绝缘栅双极型晶体管的集电极和降压绝缘栅双极型晶体管的发射极，降压绝缘栅双极型晶体管的集电极和滤波电容器的一端连接到所述多个接口中的一个接口的正极，所述至少一个储能装置的负极分别与直流支撑电容器的另一端和升压绝缘栅双极型晶体管的发射极相连接，升压绝缘栅双极型晶体管的发射极和滤波电容器的另一端连接到所述一个接口的负极，升压绝缘栅双极型晶体管与降压续流二极管反并联，降压绝缘栅双极型晶体管与升压续流二极管反并联。
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