CN107124004A - 一种光伏电站用直流侧分布式储能***及运行方法 - Google Patents

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Abstract

一种光伏电站用直流侧分布式储能***及运行方法，该***包括光伏电池板***、DC‑DC控制器及储能电池***、分布式储能电站总控***和光伏逆变器***，各***呈分布式结构，该***的运行方法，分布式储能电站总控***根据电网电力调度控制DC‑DC控制器子***和光伏逆变器***运行，DC‑DC控制器子***根据对应的光伏电池板子***、储能电池子***和光伏逆变器子***的工作状态对储能电池子***下达充放电指令；本发明***采用直流侧分布式储能设计，可有效降低电站运行过程中直流‑交流电之间的双向转换次数和能量损失，提高光伏电站实际发电效率，有效提高电站储能过程的安全性，亦可降低成本，提高收益率；本发明***不仅适用于传统集中式光伏，也适用于集散式光伏电站。

Description

一种光伏电站用直流侧分布式储能***及运行方法
技术领域
本发明属于光伏电站技术领域，特别涉及一种光伏电站用直流侧分布式储能***及运行方法。
背景技术
近年来，人类对化石能源的过度利用，已经导致环境污染和气候变暖等问题，必须对能源结构进行调整，降低对化石燃料的依赖，并提高太阳能等可再生能源在现有能源结构中的地位和作用。由于光伏发电受外部太阳辐射变化影响较大，发电过程具有随机波动性和间歇性，这会给电网造成不可忽视的冲击和影响；同时，由于社会用电负荷降低及部分地区电站上网不便，电网往往会对光伏电站并网调度进行限制，使得光伏电站在一定程度上进行弃光。解决上述两个问题的一个方法就是为光伏电站配备足够量的蓄电池储能***。然而，目前大容量、集中式交流侧蓄电池储能***在其升、降电压和双向逆变充放电过程中能量损耗大，储能***投资较高，这提高了电站的建设成本，成为阻碍光伏电站技术推广的障碍之一。因此，直流侧光伏储能方案成为一种新的研究方向。传统的直流侧光伏储能技术需与光伏逆变器耦合，只能与专门厂家的逆变器配套，且直流变换器(DC‐DC)与逆变器需要通讯；而且逆变器最大功率跟踪过程需要对PV端口电压进行扰动实现光伏组件的最大功率输出，储能***的直流侧接入容易导致逆变器最大功率跟踪的偏差，又成为阻碍光伏电站技术推广的一个障碍。
发明内容
为了在一定程度上解决上述技术问题，本发明提供了一种光伏电站用直流侧分布式储能***及其运行方法，可降低现有光伏电站电储能过程中的能量损失，减少光能浪费，提高电站运营的安全性；该***普遍适用各种型号的集中式逆变器，不受逆变器的限制，无需与逆变器进行交互和通讯，实现即插即用的模式；该***可以实现双扰动源的交互与分时独立控制，保证光伏组件最大功率输出不受影响的同时，保证储能***进行高效的功率输出。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种光伏电站用直流侧分布式储能***，包括光伏电池板***1，光伏电池板***1由按需设置的若干个光伏电池板子***组成，各光伏电池板子***工作过程相互独立；DC‐DC控制器及储能电池***2，DC‐DC控制器及储能电池***2是由与光伏电池板子***相同数量的DC‐DC控制器子***和储能电池子***配对组成，每组DC‐DC控制器子***和储能电池子***互相连接，且与对应的光伏电池板子***直流电主线相连；分布式储能电站总控***3，分布式储能电站总控***3是由与光伏电池板子***相同数量的分布式储能电站控制子***组成，分布式储能电站控制子***与对应的DC‐DC控制器子***相连；光伏逆变器***4，光伏逆变器***4由与光伏电池板子***相同数量的光伏逆变器子***组成，各光伏逆变器子***与对应的光伏电池板子***直流电主线相连，并同时与对应的分布式储能电站控制子***相连；升压变压器***5，升压变压器***5是由与光伏电池板子***相同数量的升压变压器子***组成，各升压变压器子***与对应的光伏逆变器子***出口的交流电主线相连，各升压变压器子***出口的高压交流电汇集后与电网***6相连。
所述DC‐DC控制器及储能电池***2中DC‐DC控制器子***根据对应的光伏电池板子***和光伏逆变器子***的工作状态控制对应储能电池子***的工作状态，即充电或放电。
所述分布式储能电站总控***3根据电网电力调度指令使分布式储能电站控制子***对DC‐DC控制器子***和光伏逆变器***4中对应的光伏逆变器子***进行控制。
所述光伏电池板***1、DC‐DC控制器及储能电池***2、分布式储能电站总控***3、光伏逆变器***4和升压变压器***5中各子***按照编号一一对应，形成光伏电站直流侧分布式储能***的一个子单元，各子单元出口的交流电，即各升压变压器子***出口的交流电汇集后输送给电网***6。
上述光伏电站直流侧分布式储能***的运行方法，分布式储能电站总控***3根据电网调度指令令各分布式储能电站控制子***对对应的DC‐DC控制器子***和光伏逆变器子***进行控制，以满足电网调度需求，DC‐DC控制器及储能电池***2中DC‐DC控制器子***根据对应的光伏电池板子***、储能电池子***和光伏逆变器子***的工作状态确定对应的储能电池子***的工作状态，即充电或放电，光伏逆变器子***出口的交流电经对应的升压变压器子***提升压力后与其他升压变压器子***出***流电汇聚，并输送至电网***。
所述光伏电池板***1、DC‐DC控制器及储能电池***2和光伏逆变器***4的运行方法，具体为：
当光伏电池板***1发电量与DC‐DC控制器及储能电池***2中存储的电量之和不能满足光伏逆变器***4的运行需求时，DC‐DC控制器子***指示光伏电池板***1和储能电池子***将电量输送给光伏逆变器***4；
当光伏电池板***1发电量小于光伏逆变器***4的运行需求，且光伏电池板***1发电量和DC‐DC控制器及储能电池***2中存储的电量之和能够满足光伏逆变器***4的运行需求时，DC‐DC控制器子***指示光伏电池板***1全部发电量输送给光伏逆变器***4，不足的电量由储能电池子***补充，即从储能电池子***中将相应电量输送给光伏逆变器***4；
当光伏电池板***1发电量能够满足光伏逆变器***4的运行需求，且储能电池子***中存储的电量未达到其储能上限时，DC‐DC控制器子***指示光伏电池板***1将光伏逆变器***4运行需求的电量输送给光伏逆变器***4，剩余的电量输送并存储于储能电池子***中；
当光伏电池板***1发电量满足光伏逆变器***4的运行需求，且储能电池子***中存储的电量已达到其储能上限时，DC‐DC控制器子***指示光伏电池板***1将光伏逆变器***4运行需求的电量输送给光伏逆变器***4，剩余的电量舍弃；
所述光伏逆变器***4接收到直流电后的运行方法，具体为：光伏逆变器***4中各光伏逆变器子***将光伏电池板***1和/或储能电池子***传输来的直流电转换成交流电，并将交流电传输给升压变压器5以提高电压，升压后的交流电被输送至电网***6。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)本发明***采用直流侧储能设计，有效降低电站运行过程中直流‐交流电之间的双向转换次数和能量损失，提高光伏电站实际发电效率。
2)本发明***采用分布式储能设计，有效提高电站储能过程的安全性，分散电站储能过程安全运行风险。
3)本发明***采用分布式储能设计，将单个储能电池容量减小，可减少储能***的成本，降低光伏电站发电成本，提高电站收益率。
4)本发明***中普遍适用各种型号的集中式逆变器，不受逆变器的限制，无需与逆变器进行交互和通讯，实现即插即用的模式。
5)本发明***可以实现双扰动源的交互与分时独立控制，保证光伏组件最大功率输出不受影响的同时，保证储能***进行高效的功率输出。
附图说明
图1是本发明***框架示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。下述内容不是对本发明保护范围的限制，任何在本发明基础上做出的改进和变化都在本发明的保护范围之内。
如图1所示，本发明涉及一种光伏电站直流侧分布式储能***，包括光伏电池板***1，光伏电池板***1包括若干个光伏电池板子***，即第一光伏电池板子***101、第二光伏电池板子***102……第n光伏电池板子***10n，光伏电池板***1与DC‐DC控制器及储能电池***2和光伏逆变器***4相连，DC‐DC控制器及储能电池***2包括与光伏电池板***1中光伏电池板子***数量相同的DC‐DC控制器子***与储能电池子***组合，即第一DC‐DC控制器子***201、第二DC‐DC控制器子***202……第n DC‐DC控制器子***20n以及第一储能电池子***2011、第二储能电池子***2022……第n储能电池子***20nn；光伏逆变器***4包括与光伏电池板***1中光伏电池板子***数量相同的光伏逆变器子***，即第一光伏逆变器子***401、第二光伏逆变器子***402……第n光伏逆变器子***40n，且光伏电池板子***、DC‐DC控制器子***、储能电池子***和光伏逆变器子***如图1所示连接，分布式储能电站总控***3包括与光伏电池板***1中光伏电池板子***数量相同的分布式储能电站控制子***，即第一分布式储能电站控制子***401、第二分布式储能电站控制子***402……第n分布式储能电站控制子***40n，且各分布式储能电站控制子***与DC‐DC控制器子***和光伏逆变器***4中光伏逆变器子***按图1所示连接，光伏逆变器***4与升压变压器***5相连，升压变压器***5包括与光伏电池板***1中光伏电池板子***数量相同的升压变压器子***，即第一升压变压器子***501、第二升压变压器子***502……第n升压变压器子***50n，光伏逆变器子***将交流电传输给对应的升压变压器子***，由升压变压器子***对交流电进行升压，升压变压器***5中各升压变压器子***出***流电汇集后与电网***6相连。
本发明所述光伏电池板***1、DC‐DC控制器及储能电池***2和光伏逆变器***4的运行方法，具体为：
当光伏电池板***1发电量与DC‐DC控制器及储能电池***2中存储的电量之和不能满足光伏逆变器***4的运行需求时，DC‐DC控制器子***指示光伏电池板***1和储能电池子***将电量输送给光伏逆变器***4；
当光伏电池板***1发电量小于光伏逆变器***4的运行需求，且光伏电池板***1发电量和DC‐DC控制器及储能电池***2中存储的电量之和能够满足光伏逆变器***4的运行需求时，DC‐DC控制器子***指示光伏电池板***1全部发电量输送给光伏逆变器***4，不足的电量由储能电池子***补充，即从储能电池子***中将相应电量输送给光伏逆变器***4；
当光伏电池板***1发电量能够满足光伏逆变器***4的运行需求，且储能电池子***中存储的电量未达到其储能上限时，DC‐DC控制器子***指示光伏电池板***1将光伏逆变器***4运行需求的电量输送给光伏逆变器***4，剩余的电量输送并存储于储能电池子***中；
当光伏电池板***1发电量满足光伏逆变器***4的运行需求，且储能电池子***中存储的电量已达到其储能上限时，DC‐DC控制器子***指示光伏电池板***1将光伏逆变器***4运行需求的电量输送给光伏逆变器***4，剩余的电量舍弃。
所述光伏逆变器***4接收到直流电后的运行方法，具体为：光伏逆变器***4中各光伏逆变器子***将光伏电池板***1和/或储能电池子***传输来的直流电转换成交流电，并将交流电传输给升压变压器5以提高电压，升压后的交流电被输送至电网***6。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种光伏电站用直流侧分布式储能***，其特征在于：包括光伏电池板***(1)，光伏电池板***(1)由按需设置的若干个光伏电池板子***组成，各光伏电池板子***工作过程相互独立；DC-DC控制器及储能电池***(2)，DC-DC控制器及储能电池***(2)是由与光伏电池板子***相同数量的DC-DC控制器子***和储能电池子***配对组成，每组DC-DC控制器子***和储能电池子***互相连接，且与对应的光伏电池板子***直流电主线相连；分布式储能电站总控***(3)，分布式储能电站总控***(3)是由与光伏电池板子***相同数量的分布式储能电站控制子***组成，分布式储能电站控制子***与对应的DC-DC控制器子***相连；光伏逆变器***(4)，光伏逆变器***(4)由与光伏电池板子***相同数量的光伏逆变器子***组成，各光伏逆变器子***与对应的光伏电池板子***直流电主线相连，并同时与对应的分布式储能电站控制子***相连；升压变压器***(5)，升压变压器***(5)是由与光伏电池板子***相同数量的升压变压器子***组成，各升压变压器子***与对应的光伏逆变器子***出口的交流电主线相连，各升压变压器子***出口的高压交流电汇集后与电网***(6)相连。
2.根据权利要求1所述的一种光伏电站用直流侧分布式储能***，其特征在于：所述DC-DC控制器及储能电池***(2)中DC-DC控制器子***根据对应的光伏电池板子***和光伏逆变器子***的工作状态控制对应储能电池子***的工作状态，即充电或放电。
3.根据权利要求1所述的一种光伏电站用直流侧分布式储能***，其特征在于：所述分布式储能电站总控***(3)根据电网电力调度指令使分布式储能电站控制子***对DC-DC控制器子***和光伏逆变器***(4)中对应的光伏逆变器子***进行控制。
4.根据权利要求1所述的一种光伏电站用直流侧分布式储能***，其特征在于：所述光伏电池板***(1)、DC-DC控制器及储能电池***(2)、分布式储能电站总控***(3)、光伏逆变器***(4)和升压变压器***(5)中各子***按照编号一一对应，形成光伏电站直流侧分布式储能***的一个子单元，各子单元出口的交流电，即各升压变压器子***出口的交流电汇集后输送给电网***(6)。
5.权利要求1至4任一项所述的光伏电站用直流侧分布式储能***的运行方法，其特征在于：分布式储能电站总控***(3)根据电网调度指令令各分布式储能电站控制子***对对应的DC-DC控制器子***和光伏逆变器子***进行控制，以满足电网调度需求，DC-DC控制器及储能电池***(2)中DC-DC控制器子***根据对应的光伏电池板子***、储能电池子***和光伏逆变器子***的工作状态确定对应的储能电池子***的工作状态，即充电或放电，光伏逆变器子***出口的交流电经对应的升压变压器子***提升压力后与其他升压变压器子***出***流电汇聚，并输送至电网***。
6.根据权利要求5所述的运行方法，其特征在于：具体为：
当光伏电池板***(1)发电量和DC-DC控制器及储能电池***(2)中存储的电量之和不能满足光伏逆变器***(4)的运行需求时，DC-DC控制器子***指示光伏电池板***(1)和储能电池子***将电量输送给光伏逆变器***(4)；
当光伏电池板***(1)发电量小于光伏逆变器***(4)的运行需求，且光伏电池板***(1)发电量和DC-DC控制器及储能电池***(2)中存储的电量之和能够满足光伏逆变器***(4)的运行需求时，DC-DC控制器子***指示光伏电池板***(1)全部发电量输送给光伏逆变器***(4)，不足的电量由储能电池子***补充，即从储能电池子***中将相应电量输送给光伏逆变器***(4)；
当光伏电池板***(1)发电量可以满足光伏逆变器***(4)的运行需求，且储能电池子***中存储的电量未达到其储能上限时，DC-DC控制器子***指示光伏电池板***(1)将光伏逆变器***(4)运行需求的电量输送给光伏逆变器***(4)，剩余的电量输送并存储于储能电池子***中；
当光伏电池板***(1)发电量满足光伏逆变器***(4)的运行需求，且储能电池子***中存储的电量已达到其储能上限时，DC-DC控制器子***指示光伏电池板***(1)将光伏逆变器***(4)运行需求的电量输送给光伏逆变器***(4)，剩余的电量舍弃；
所述光伏逆变器***(4)接收到直流电后的运行方法，具体为：光伏逆变器***(4)中各光伏逆变器子***将光伏电池板***(1)和/或储能电池子***传输来的直流电转换成交流电，并将交流电传输给升压变压器(5)以提高电压，升压后的交流电被输送至电网***(6)。
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