一種應用于光伏發(fā)電系統(tǒng)的有源并聯(lián)式混合儲能系統(tǒng)的制作方法

文檔序號：11593414閱讀：170來源：國知局

(一)技術領域：

本發(fā)明屬于電力電子技術以及電力系統(tǒng)儲能技術的交叉領域，特別是應用于光伏發(fā)電系統(tǒng)的有源并聯(lián)式混合儲能系統(tǒng)。

(二)

背景技術：
：

近年來，隨著傳統(tǒng)能源的急劇消耗以及對環(huán)境污染的加劇，新能源產業(yè)得到極大關注和大力支持。光伏發(fā)電作為最廉價的能源之一，光伏發(fā)電得到了廣泛的應用。然而，自然光受海拔、氣候、溫度、地形等多種自然因素的影響具很強的不可控性、波動性和間歇性，且難以進行準確預測和大量存儲。隨著光伏發(fā)電出力在電力系統(tǒng)中所占比例的增加，光伏發(fā)電功率的波動性、間歇性以及不可控性會破壞電網(wǎng)原有的功率以及能量平衡，進而給電網(wǎng)在規(guī)劃建設、運行調度和電能質量等方面帶來巨大挑戰(zhàn)。

在并網(wǎng)光伏系統(tǒng)中配置適量的儲能系統(tǒng)，對風電場的輸出功率進行調節(jié)，可提高光伏發(fā)電出力的可控性，使得光伏發(fā)電系統(tǒng)成為靈活可控的電源。當光伏發(fā)電出力較大，但電網(wǎng)負荷較低時，由儲能系統(tǒng)對光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率進行長時間、大容量的能量存儲；待電網(wǎng)負荷達到峰值且對光伏發(fā)電系統(tǒng)的出力需求增加時，儲能系統(tǒng)將已存儲的能量向電網(wǎng)輸出，供用戶使用。儲能元件本身并不具備主動與光伏發(fā)電系統(tǒng)進行精確功率交換的能力，需要加入充放電控制器，對儲能元件的充放電功率進行精確控制。當前單一的儲能裝置不能完全滿足工程的要求。將不同的儲能方式進行有機組合，使不同儲能方式的儲能特性得以互補，可以提高儲能系統(tǒng)的整體性能，同時降低儲能系統(tǒng)的投資、運行成本。

常見的儲能電池有鉛酸電池、福鎳電池、氫鎳電池、埋離子電池等。從循環(huán)壽命、功率密度、能量密度三方面評價來看，每種電池都有其各自的優(yōu)勢與不足，總體來說普遍具有低比功率、高比能量、低循環(huán)使用壽命的特點，這就限制了電池儲能系統(tǒng)在負載脈動較大的場合的應用。超級電容器是近些年來新興的一種電力儲能器件，它具有循環(huán)使用壽命長、工作溫度范圍寬、充放電速度快、功率密度大，能量密度相對較低等特點。超級電容器的以上優(yōu)點恰好可以與蓄電池的缺點進行有效的互補。

本專利提出了采用蓄電池和超級電容器混合使用儲存電能的方式。該方式使得電池儲能和超級電容器儲能各自的優(yōu)勢得以互補其中蓄電池用以滿足大容量電能吞吐的需求超級電容器用以滿足尖峰功率吞吐的需求。采用混合儲能方式在能夠有效節(jié)省儲能系統(tǒng)投資及體積、重量的前提下，可大大提高儲能系統(tǒng)的整體性能，使其在國民經(jīng)濟各個生產生活領域有著廣闊的應用前景。

(三)

技術實現(xiàn)要素：
：

本發(fā)明的目的在于提供一種應用于光伏發(fā)電系統(tǒng)的有源并聯(lián)式混合儲能系統(tǒng)，它可以克服現(xiàn)有技術的不足，是一種結構簡單、穩(wěn)定性好、可控性強的混合儲能系統(tǒng)

本發(fā)明的技術方案：一種應用于光伏發(fā)電系統(tǒng)的有源并聯(lián)式混合儲能系統(tǒng)，包括光伏系統(tǒng)，其特征在于它包括混合儲能系統(tǒng)、雙向整流/逆變器單元、dsp控制器單元、功率變換器a、功率變換器b以及儲能并網(wǎng)變流器單元；其中，所述混合儲能系統(tǒng)包括超導儲能系統(tǒng)以及蓄電池儲能系統(tǒng)，所述儲能并網(wǎng)變流器單元的交流側與電網(wǎng)直接連接，其直流側與雙向整流/逆變器單元連接；所述雙向整流/逆變器單元與混合儲能系統(tǒng)單元連接；所述dsp控制器單元的輸入端分別采集光伏系統(tǒng)、功率變換器b以及混合儲能系統(tǒng)的輸出信號，其輸出端分別連接儲能并網(wǎng)變流器單元、功率變換器a及功率變換器b的輸入端。

所述雙向整流/逆變器單元是由功率變換器a和功率變換器b構成；其中所述功率變換器a一側與儲能并網(wǎng)整流逆變器單元連接，另一側分別與功率變換器b及超級電容儲能單元連接；所述功率變換器b的另一側與蓄電池儲能單元連接。

所述儲能系統(tǒng)的雙向整流/逆變器單元由可控整流電路組成；所述可控整流電路由可關斷晶閘管或者絕緣柵雙極型晶閘管類的大功率電力電子器件與二極管并聯(lián)構成三相整流橋式電路；其直流側與功率變換器a相連，交流側與電網(wǎng)中光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出端連接。

所述功率變換器a和功率變換器b分別是由電容c1、電感l(wèi)1、三極管g1、二極管d1、電容c2、二極管d2、三極管g2、電感l(wèi)2和電容c3構成；其中，所述三極管g1和三極管g2呈反相連接；所述電容c2連接于三極管g1的集電極和三極管g2的集電極之間；所述二極管d1并聯(lián)在三極管g1的集電極和發(fā)射極之間；所述電感l(wèi)1一端連接三極管g1的集電極，另一端與儲能并網(wǎng)整流逆變器單元的直流輸出端e1連接；所述電容c1并聯(lián)在電感l(wèi)1和三極管g1兩端；所述二極管d2并聯(lián)在三極管g2的集電極和發(fā)射極之間；所述電感l(wèi)2一端連接三極管g2的集電極，另一端與儲能單元的直流輸出端e2連接；所述電容c3并聯(lián)在電感l(wèi)2和三極管g2兩端。

所述dsp控制單元是控制功率變換器a與b、以及儲能并網(wǎng)整流逆變器單元的核心，是由tms320f28335控制芯片、驅動電路和采樣電路組成；所述采樣電路的輸入端采集電網(wǎng)交流側三相電壓、電流信號以及雙向功率流變換器單元的輸入端電壓電流信號；所述驅動電路通過接受tms320f28335控制芯片的驅動命令控制雙向功率流變換器單元以及儲能并網(wǎng)整流逆變器單元中電力電子開關器件的導通與關斷。

所述dsp控制單元由電源轉換芯片tps767d318為其供電。

一種應用于光伏發(fā)電系統(tǒng)的有源并聯(lián)式混合儲能系統(tǒng)的工作方法，其特征在于它包括以下步驟：

①當光伏系統(tǒng)發(fā)出的功率高于電網(wǎng)所需功率時，儲能并網(wǎng)變流器單元開始工作，并處于整流狀態(tài)；

②分別由功率變換器a和功率變換器b對溢出的電能進行重新分配；

③由超級電容器儲能單元吸收電能中的高頻能量，而蓄電池儲能單元則吸收低頻能量；

④當dsp控制器檢測到光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)出的功率高出設定值時，dsp控制器控制變流電路使之處于整流狀態(tài)，同時檢測功率變換器a、功率變換器b的電感l(wèi)1、電感l(wèi)2的電流ila、ilb以及蓄電池組端電壓ubat、超級電容器組端電壓ucap，控制兩個功率變換器對過多的電能進行分配；超級電容器吸收高頻能量，而蓄電池吸收低頻能量。

所述步驟④中dsp控制器控制變流電路和功率變換器具體步驟包括以下幾步：

①啟動模數(shù)轉換信號；

②對控制器進行初始化；

③對交流側和直流側以及超級電容和蓄電池的電壓、電流通過傳感器采樣；

④將采樣結果保存到相應的寄存器中；

⑤對采樣結果進行計算，然后將控制信號傳輸?shù)较鄳脑?，對變流電路和兩個功率變換器進行控制。

本發(fā)明的工作原理：在有源并聯(lián)式混合儲能系統(tǒng)(aphess)中，功率變換器a承擔的任務為：精確控制aphess充放電總功率pwhole的大小及方向。當光伏發(fā)電系統(tǒng)的實時輸出功率preal小于發(fā)電指令目標pref時，功率變換器a控制aphess以功率pwhole＝pref-preal釋放能量，補償光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出功率的不足；當preal大于pref時，功率變換器a控制aphess以功率pwhole＝preal-pref從光伏發(fā)電系統(tǒng)中吸收能量，并進行儲存。通過功率變換器a的控制，使得aphess的吞吐功率能夠滿足實時調節(jié)光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出的隨機、無規(guī)則波動功率的需求。在aphess中，功率變換器b承擔的任務為：精確調節(jié)蓄電池充放電功率pbat的大小及方向。通過功率變換器b可對蓄電池的充放電過程進行精確控制，有利于延長蓄電池的使用壽命。

在aphess進行功率吞吐的過程中，超級電容器起到功率/能量緩沖器的作用。因此，功率變換器a與功率變換器b可以實現(xiàn)解耦控制，進而獨立完成各自的控制目標。超級電容器充放電功率的大小|pcap|為儲能系統(tǒng)充放電總功率與蓄電池充放電功率之間的差值

在pwhole—定時，通過功率變換器b控制|pbat|,可以實現(xiàn)|pcap|的精確可控。即通過功率變換器b對蓄電池充放電功率的控制，可以實現(xiàn)aphess的充放電總功率在蓄電池和超級電容器間的靈活分配。aphess的結構組成為蓄電池和超級電容器發(fā)揮各自的儲能優(yōu)勢，分別調節(jié)pwave中的穩(wěn)態(tài)波動功率psteady和尖峰波動功率ppeak奠定了基礎。

此外，g1和g2是反相的中間連接儲能電容c2。另外，g1與d1反相并聯(lián)。同樣g2與d2反相并聯(lián)。其中，l1與l2和c1與c3用來平穩(wěn)電壓電流，過濾電壓和電流的諧波。e1表示為接整流電路的直流側，e2表示接儲能裝置。

功率流變換器(見圖3)的輸入輸出電流方向可以使正，也可以是負。其特點是：輸出輸入電流沒有脈動、電壓可以再0與∞之間變化、開關晶體管發(fā)射集接地。

本發(fā)明的優(yōu)越性在于：①儲能電池與超級電容器有機結合，通過快速、精確的功率實時調節(jié)光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出的波動功率；②通過對蓄電池和超級電容器所承擔功率調節(jié)任務的合理分配，使儲能系統(tǒng)具有高功率密度、高能量密度、長循環(huán)壽命的特性；③通過兩個功率變換器，對能量進行精確分配；④利用計算機高速的數(shù)據(jù)計算和數(shù)據(jù)處理能力，大大提高了該控制系統(tǒng)的可靠性。

(四)附圖說明：

圖1為本發(fā)明所涉一種應用于光伏發(fā)電系統(tǒng)的有源并聯(lián)式混合儲能系統(tǒng)的總體結構示意圖。

圖2為本發(fā)明所涉一種應用于光伏發(fā)電系統(tǒng)的有源并聯(lián)式混合儲能系統(tǒng)的電路結構示意圖。

圖3為本發(fā)明所涉一種應用于光伏發(fā)電系統(tǒng)的有源并聯(lián)式混合儲能系統(tǒng)中功率變換器a和功率變換器b的電路結構示意圖。

圖4為本發(fā)明所涉一種應用于光伏發(fā)電系統(tǒng)的有源并聯(lián)式混合儲能系統(tǒng)的結構流程示意圖。

(五)具體實施方式：

實施例：一種應用于光伏發(fā)電系統(tǒng)的有源并聯(lián)式混合儲能系統(tǒng)(見圖1)，包括光伏系統(tǒng)，其特征在于它包括混合儲能系統(tǒng)、雙向整流/逆變器單元、dsp控制器單元、功率變換器a、功率變換器b以及儲能并網(wǎng)變流器單元；其中，所述混合儲能系統(tǒng)包括超導儲能系統(tǒng)以及蓄電池儲能系統(tǒng)，所述儲能并網(wǎng)變流器單元的交流側與電網(wǎng)直接連接，其直流側與雙向整流/逆變器單元連接；所述雙向整流/逆變器單元與混合儲能系統(tǒng)單元連接；所述dsp控制器單元的輸入端分別采集光伏系統(tǒng)、功率變換器b以及混合儲能系統(tǒng)的輸出信號，其輸出端分別連接儲能并網(wǎng)變流器單元、功率變換器a及功率變換器b的輸入端。

所述儲能系統(tǒng)的雙向整流/逆變器單元(見圖2)由可控整流電路組成；所述可控整流電路由可關斷晶閘管或者絕緣柵雙極型晶閘管類的大功率電力電子器件與二極管并聯(lián)構成三相整流橋式電路；其直流側與功率變換器a相連，交流側與電網(wǎng)中光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出端連接。

所述功率變換器a和功率變換器b分別是由電容c1、電感l(wèi)1、三極管g1、二極管d1、電容c2、二極管d2、三極管g2、電感l(wèi)2和電容c3構成(見圖3)；其中，所述三極管g1和三極管g2呈反相連接；所述電容c2連接于三極管g1的集電極和三極管g2的集電極之間；所述二極管d1并聯(lián)在三極管g1的集電極和發(fā)射極之間；所述電感l(wèi)1一端連接三極管g1的集電極，另一端與儲能并網(wǎng)整流逆變器單元的直流輸出端e1連接；所述電容c1并聯(lián)在電感l(wèi)1和三極管 g1兩端；所述二極管d2并聯(lián)在三極管g2的集電極和發(fā)射極之間；所述電感l(wèi)2一端連接三極管g2的集電極，另一端與儲能單元的直流輸出端e2連接；所述電容c3并聯(lián)在電感l(wèi)2和三極管g2兩端。