所屬技術領域

本發(fā)明涉及光伏發(fā)電技術領域，具體涉及一種智能光伏儲能系統(tǒng)。

背景技術：

隨著地球人口的增長和發(fā)展中國家工業(yè)化進程的推進，各種化石能源迅速枯竭，而化石能源使用過程中造成的大氣污染和生態(tài)環(huán)境危機也日益嚴重。

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。

隨著光伏儲能電站大規(guī)模并網，其功率波動對電網的沖擊越來越突出。在并網光伏系統(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，使得光伏儲能電站成為靈活可控的電源。當光伏發(fā)電出力較大，但電網負荷較低時，由儲能系統(tǒng)對光伏儲能電站的輸出功率進行長時間、大容量的能量存儲；待電網負荷達到峰值且對光伏儲能電站的出力需求增加時，儲能系統(tǒng)將已存儲的能量向電網輸出，供用戶使用。

由于儲能系統(tǒng)成本較高，如何選擇最大發(fā)揮儲能系統(tǒng)的經濟利用價值，同時提高儲能系統(tǒng)使用壽命，成為光伏發(fā)電運行企業(yè)急需考慮的問題。儲能元件本身并不具備主動與光伏儲能電站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。將儲能設定功率分為頻繁波動部分和平滑部分，分別由超級電容和儲能電池承擔，可以實現(xiàn)對平抑需求的快速響應。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種智能光伏儲能系統(tǒng)，該智能光伏儲能系統(tǒng)可通過對光伏發(fā)電裝置、儲能裝置和并網設備一并監(jiān)控，及時獲知光伏發(fā)電裝置的功率波動值，并以此為信息源動態(tài)調節(jié)儲能裝置的功率，從而平滑并網點功率，實現(xiàn)光伏儲能電站的經濟運行。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種智能光伏儲能系統(tǒng)，該智能光伏儲能系統(tǒng)設置在光伏儲能電站中，所述智能光伏儲能系統(tǒng)包括：

儲能裝置，用于存儲能量，并可在光伏儲能電站并網運行時，輸出功率；

直流母線，用于實現(xiàn)光伏發(fā)電裝置、儲能裝置、電網之間的功率交換；

光伏發(fā)電裝置監(jiān)控模塊，用于實時監(jiān)控光伏發(fā)電裝置，并對光伏發(fā)電裝置的發(fā)電功率進行預測；

并網監(jiān)控模塊，用于監(jiān)測光伏儲能電站并網點交流母線電壓，并用于控制光伏儲能電站經由并網裝置進行并網運行；

儲能裝置監(jiān)控模塊，用于實時監(jiān)控儲能裝置的功率損耗情況，并控制儲能裝置的運行；

中控模塊，用于確定光伏儲能電站的運行方法，并向上述各模塊發(fā)出指令，以執(zhí)行該運行方法；

通信總線，用于上述各個模塊的通信聯(lián)絡。

優(yōu)選的，所述儲能裝置包括超級電容器組和蓄電池組，所述蓄電池組和超級電容組分別通過第一非隔離型雙向dc/dc變換器、第二非隔離型雙向dc/dc變換器并聯(lián)到所述直流母線上。

優(yōu)選的，所述光伏發(fā)電裝置監(jiān)控模塊包括：

模式控制單元，用于若出現(xiàn)儲能裝置故障，則控制光伏發(fā)電裝置單向dc/dc變換器工作在所述直流母線電壓恒壓源模式；

第一判斷單元，用于判斷光伏電池板pv是否滿足預設跟蹤調整條件；

電流限定單元，用于若判斷pv滿足所述預設跟蹤調整條件，則將所述單向dc/dc變換器的電流環(huán)最大電流給定值限定為預設調整值；

第二判斷單元，用于判斷直流母線電壓是否滿足額定條件；

電流回升單元，用于若判斷所述直流母線電壓滿足所述額定條件，則控制所述單向dc/dc變換器的電流環(huán)最大電流給定值以預設速率由所述預設調整值回升至原值。

優(yōu)選的，所述第一判斷單元包括：

第一判斷模塊，用于判斷pv輸出功率是否隨pv電壓減小而減少；

第二判斷模塊，用于若判斷pv輸出功率隨pv電壓減小而減少，則判斷pv電流隨pv電壓的變化是否小于預設差值；若所述第二判斷模塊判斷pv電流隨pv電壓的變化小于所述預設差值，則判定pv滿足所述預設跟蹤調整條件。

優(yōu)選的，所述預設調整值為：irefmax＝k×isc；

其中，k為電流限定系數(shù)，isc為短路電流。

優(yōu)選的，所述短路電流為當前pv電流。

優(yōu)選的，所述第二判斷單元用于判斷所述直流母線電壓是否滿足額定條件時，具體用于判斷所述直流母線電壓是否回升到額定值，且回升到所述額定值的連續(xù)時長超過預設時長。

優(yōu)選的，所述儲能裝置采用如下方式配置：

計算光伏發(fā)電裝置波動時，需要儲能裝置進行平抑的平衡功率；

采用傅里葉變換方法，對平衡功率數(shù)據進行頻譜分析；

根據實際儲能裝置響應速度劃分平衡功率頻段，確定各頻段儲能裝置的類型并針對不同頻段分別進行儲能裝置容量的配比；

結合儲能裝置充放電損耗和循環(huán)壽命，確定使儲能裝置成本最低的儲能頻段分割點及相應的最優(yōu)儲能配置。

本發(fā)明的光伏儲能電站具有如下優(yōu)點：(1)可通過對光伏發(fā)電裝置、儲能裝置和并網設備一并監(jiān)控，及時監(jiān)測光伏儲能電站的功率波動信息，并以此為信息動態(tài)調節(jié)儲能裝置的功率，從而實現(xiàn)并網點功率平滑；(2)儲能裝置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；(3)本發(fā)明采用平抑光伏發(fā)電裝置功率波動的方法設置儲能裝置及其容量，綜合考慮了電池充放電損耗和循環(huán)壽命等工程實際因素，結果更接近實際要求。

附圖說明

圖1示出了具有本發(fā)明的一種智能光伏儲能系統(tǒng)的光伏儲能電站的框圖；

圖2示出了一種具有本發(fā)明的智能光伏儲能系統(tǒng)的光伏儲能電站的運行方法流程圖。

具體實施方式

圖1是示出了一種智能光伏儲能系統(tǒng)11，該智能光伏儲能系統(tǒng)11設置在光伏儲能電站10中，所述智能光伏儲能系統(tǒng)11包括：

儲能裝置115，用于存儲能量，并可在光伏儲能電站并網運行時，輸出功率；

直流母線114，用于實現(xiàn)光伏發(fā)電裝置12、儲能裝置115、電網20之間的功率交換；

光伏發(fā)電裝置監(jiān)控模塊113，用于實時監(jiān)控光伏發(fā)電裝置12，并對光伏發(fā)電裝置12的發(fā)電功率進行預測；

并網監(jiān)控模塊112，用于監(jiān)測光伏儲能電站10并網點交流母線電壓，并用于控制光伏儲能電站10經由并網裝置13進行并網運行；

儲能裝置監(jiān)控模塊117，用于實時監(jiān)控儲能裝置115的功率損耗情況，并控制儲能裝置115的運行；

中控模塊116，用于確定光伏儲能電站10的運行方法，并向上述各模塊發(fā)出指令，以執(zhí)行該運行方法；

通信總線111，用于上述各個模塊的通信聯(lián)絡。

優(yōu)選的，所述儲能裝置115包括超級電容器組和蓄電池組，所述蓄電池組和超級電容組分別通過第一非隔離型雙向dc/dc變換器、第二非隔離型雙向dc/dc變換器并聯(lián)到所述直流母線114上。

優(yōu)選的，所述儲能裝置監(jiān)控模塊117采用如下方式控制儲能裝置115：

(1)優(yōu)先給超級電容充、放電，利用超級電容可無限次充、放電，減少蓄電池充、放電次數(shù)，延長蓄電池使用壽命；

(2)蓄電池進入充、放電狀態(tài)后，超級電容逐步退出充、放電，以避免超級電容充滿電或放完電，節(jié)約容量等待下一次直流母線電壓波動；

(3)超級電容充、放電控制采用直流母線電壓外環(huán)和超級電容電壓內環(huán)的雙閉環(huán)控制，維持直流母線電壓穩(wěn)定，保證充、放電電流不超過超級電容可承受的最大電流；

(4)蓄電池充、放電控制采用直流母線電壓外環(huán)和蓄電池電壓內環(huán)、蓄電池電流內環(huán)的三閉環(huán)控制，維持直流母線電壓穩(wěn)定，控制蓄電池過放與析氣。

優(yōu)選的，所述脈沖充電方法包括下述內容：

蓄電池充電電壓低于預設析氣電壓值時，直流母線電壓外環(huán)起主要作用，蓄電池電壓內環(huán)不起作用，此時蓄電池有能力吸收光伏發(fā)電裝置中所有剩余能量；

當蓄電池充電電壓等于預設析氣電壓值時，電壓內環(huán)開始起作用，此時對蓄電池進行△t(0.5-1s)時間的負脈沖放電，使蓄電池電壓下降，繼續(xù)以放電以前的電流充電，到蓄電池電壓再次達到預設析氣電壓值，再進行△t時間的負脈沖放電，以此循環(huán)，直到充電時間間隔和放電時間間隔相同；

蓄電池充滿，脈沖充電已充不進去，進入恒壓控制的小電流浮充階段，蓄電池電壓內環(huán)起主要作用；

蓄電池電流環(huán)限制充放電電流，當充放電電流達到限值還是不能穩(wěn)定直流母線電壓，超級電容開始充放電。

優(yōu)選的，所述光伏發(fā)電裝置監(jiān)控模塊113包括：

模式控制單元，用于若出現(xiàn)儲能裝置115故障，則控制光伏發(fā)電裝置12單向dc/dc變換器工作在所述直流母線電壓恒壓源模式；

第一判斷單元，用于判斷光伏電池板pv是否滿足預設跟蹤調整條件；

電流限定單元，用于若判斷pv滿足所述預設跟蹤調整條件，則將所述單向dc/dc變換器的電流環(huán)最大電流給定值限定為預設調整值；

第二判斷單元，用于判斷直流母線電壓是否滿足額定條件；

電流回升單元，用于若判斷所述直流母線電壓滿足所述額定條件，則控制所述單向dc/dc變換器的電流環(huán)最大電流給定值以預設速率由所述預設調整值回升至原值。

優(yōu)選的，所述第一判斷單元包括：

第一判斷模塊，用于判斷pv輸出功率是否隨pv電壓減小而減少；

第二判斷模塊，用于若判斷pv輸出功率隨pv電壓減小而減少，則判斷pv電流隨pv電壓的變化是否小于預設差值；若所述第二判斷模塊判斷pv電流隨pv電壓的變化小于所述預設差值，則判定pv滿足所述預設跟蹤調整條件。

優(yōu)選的，所述預設調整值為：irefmax＝k×isc；

其中，k為電流限定系數(shù)，isc為短路電流。

優(yōu)選的，所述短路電流為當前pv電流。

優(yōu)選的，所述第二判斷單元用于判斷所述直流母線電壓是否滿足額定條件時，具體用于判斷所述直流母線電壓是否回升到額定值，且回升到所述額定值的連續(xù)時長超過預設時長。

優(yōu)選的，所述儲能裝置115采用如下方式配置：

計算光伏發(fā)電裝置12波動時，需要儲能裝置進行平抑的平衡功率；

采用傅里葉變換方法，對平衡功率數(shù)據進行頻譜分析；

根據實際儲能裝置115響應速度劃分平衡功率頻段，確定各頻段儲能裝置的類型并針對不同頻段分別進行儲能裝置容量的配比；

結合儲能裝置115充放電損耗和循環(huán)壽命，確定使儲能裝置成本最低的儲能頻段分割點及相應的最優(yōu)儲能配置。

優(yōu)選的，所述儲能裝置115的容量包括功率容量和能量容量；功率容量和能量容量的計算方式如下：

將儲能裝置115響應頻率范圍外的信號歸零，保留響應頻率內的信號以實現(xiàn)信號分頻；

利用快速傅里葉逆變換算法(ifft)將濾波后的各頻域信號還原至時域；

利用以下公式確定儲能裝置115的最小功率容量pes：

pes＝max(ppeak.positive,|ppeak.negative|)

即最小功率容量pes取決于濾波后對應時域信號中的正負峰值ppeak.positive、ppeak.negative的絕對值最大值；確保儲能裝置115可有效平抑對應頻段內的全部波動；

利用以下公式確定儲能裝置115的最小能量容量ees.：

ees.calculated＝max(epeak.positive,|epeak.negative|)，

ees＝2ees.calculated其中：

epeak.positive＝max(∫pb)/3600

epeak.negative＝min(∫pb)/3600，pb為平衡功率。

優(yōu)選的，最低成本的儲能配置115優(yōu)化具體包括以下步驟：

根據功率總成本和能量總成本相等的關系，對儲能額定功率容量和儲能額定能量容量進行修訂；

將修訂后的儲能額定能量容量帶入下列公式計算儲能裝置在壽命結束前可消納或發(fā)出的全部能量：

ees_total＝ees_rated/2×[1+(1－m)+(1－m)²+…+(1－m)^n-1]；m為對應儲能裝置單次充放電損耗容量，n為儲能總循環(huán)壽命。

通過下列公式計算計混合儲能組合中各分割頻率下的儲能裝置更換次數(shù)：

t＝estation_total/ees_total

根據儲能裝置更換次數(shù)建立成本與分割頻率函數(shù)關系，求得最低成本下的最優(yōu)儲能配置。

附圖2示出了具有本發(fā)明的智能光伏儲能系統(tǒng)的光伏儲能電站的運行方法，該方法包括如下步驟：

s1.實時獲取光伏發(fā)電裝置的運行數(shù)據，實時獲取光伏儲能電站并網點運行數(shù)據；

s2.根據光伏發(fā)電裝置運行數(shù)據和并網點運行數(shù)據，優(yōu)化儲能裝置配置；

s3.在優(yōu)化后的儲能配置下，協(xié)調控制光伏發(fā)電裝置和儲能裝置，使得光伏儲能電站實現(xiàn)經濟運行。

優(yōu)選的，在步驟s2中，具體采用如下方法優(yōu)化儲能配置：

s21.計算光伏發(fā)電裝置12波動時，需要儲能裝置進行平抑的平衡功率；

s22.采用傅里葉變換方法，對平衡功率數(shù)據進行頻譜分析；

s23.根據實際儲能裝置115響應速度劃分平衡功率頻段，確定各頻段儲能裝置的類型并針對不同頻段分別進行儲能裝置容量的配比；

s24.結合儲能裝置115充放電損耗和循環(huán)壽命，確定使儲能裝置成本最低的儲能頻段分割點及相應的最優(yōu)儲能配置。

優(yōu)選的，所述儲能裝置115的容量包括功率容量和能量容量；功率容量和能量容量的計算方式如下：

將儲能裝置115響應頻率范圍外的信號歸零，保留響應頻率內的信號以實現(xiàn)信號分頻；

利用快速傅里葉逆變換算法(ifft)將濾波后的各頻域信號還原至時域；

利用以下公式確定儲能裝置115的最小功率容量pes：

pes＝max(ppeak.positive,|ppeak.negative|)

即最小功率容量pes取決于濾波后對應時域信號中的正負峰值ppeak.positive、ppeak.negative的絕對值最大值；確保儲能裝置115可有效平抑對應頻段內的全部波動；

利用以下公式確定儲能裝置115的最小能量容量ees.：

ees.calculated＝max(epeak.positive,|epeak.negative|)，

ees＝2ees.calculated其中：

epeak.positive＝max(∫pb)/3600

epeak.negative＝min(∫pb)/3600，pb為平衡功率。

優(yōu)選的，最低成本的儲能配置115優(yōu)化具體包括以下步驟：

根據功率總成本和能量總成本相等的關系，對儲能額定功率容量和儲能額定能量容量進行修訂；

將修訂后的儲能額定能量容量帶入下列公式計算儲能裝置在壽命結束前可消納或發(fā)出的全部能量：

ees_total＝ees_rated/2×[1+(1－m)+(1－m)²+…+(1－m)^n-1]；m為對應儲能裝置單次充放電損耗容量，n為儲能總循環(huán)壽命。

通過下列公式計算計混合儲能組合中各分割頻率下的儲能裝置更換次數(shù)：

t＝estation_total/ees_total

根據儲能裝置更換次數(shù)建立成本與分割頻率函數(shù)關系，求得最低成本下的最優(yōu)儲能配置。

優(yōu)選的，在所述步驟s3中，采用如下方法對儲能裝置進行控制：

s31.優(yōu)先給超級電容充、放電，利用超級電容可無限次充、放電，減少蓄電池充、放電次數(shù)，延長蓄電池使用壽命；

s32.蓄電池進入充、放電狀態(tài)后，超級電容逐步退出充、放電，以避免超級電容充滿電或放完電，節(jié)約容量等待下一次直流母線電壓波動；

s33.超級電容充、放電控制采用直流母線電壓外環(huán)和超級電容電壓內環(huán)的雙閉環(huán)控制，維持直流母線電壓穩(wěn)定，保證充、放電電流不超過超級電容可承受的最大電流；

s34.蓄電池充、放電控制采用直流母線電壓外環(huán)和蓄電池電壓內環(huán)、蓄電池電流內環(huán)的三閉環(huán)控制，維持直流母線電壓穩(wěn)定，控制蓄電池過放與析氣。

優(yōu)選的，所述脈沖充電方法包括下述內容：

蓄電池充電電壓低于預設析氣電壓值時，直流母線電壓外環(huán)起主要作用，蓄電池電壓內環(huán)不起作用，此時蓄電池有能力吸收光伏發(fā)電裝置中所有剩余能量；

當蓄電池充電電壓等于預設析氣電壓值時，電壓內環(huán)開始起作用，此時對蓄電池進行△t(0.5-1s)時間的負脈沖放電，使蓄電池電壓下降，繼續(xù)以放電以前的電流充電，到蓄電池電壓再次達到預設析氣電壓值，再進行△t時間的負脈沖放電，以此循環(huán)，直到充電時間間隔和放電時間間隔相同；

蓄電池充滿，脈沖充電已充不進去，進入恒壓控制的小電流浮充階段，蓄電池電壓內環(huán)起主要作用；

蓄電池電流環(huán)限制充放電電流，當充放電電流達到限值還是不能穩(wěn)定直流母線電壓，超級電容開始充放電。

優(yōu)選的，在所述步驟s3中，采用如下方法對光伏發(fā)電裝置進行控制：

s301.若出現(xiàn)儲能裝置115故障，則控制光伏發(fā)電裝置12單向dc/dc變換器工作在所述直流母線電壓恒壓源模式；

s302.判斷光伏電池板pv是否滿足預設跟蹤調整條件；

s303.若判斷pv滿足所述預設跟蹤調整條件，則將所述單向dc/dc變換器的電流環(huán)最大電流給定值限定為預設調整值；

s304.判斷直流母線電壓是否滿足額定條件；

s305.若判斷所述直流母線電壓滿足所述額定條件，則控制所述單向dc/dc變換器的電流環(huán)最大電流給定值以預設速率由所述預設調整值回升至原值。

以上實施例僅為說明本發(fā)明的技術思想，不能以此限定本發(fā)明的保護范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術思想，在技術方案基礎上所做的任何改動，均落入本發(fā)明保護范圍之內。上面對本發(fā)明的實施方式作了詳細說明，但是本發(fā)明并不限于上述實施方式，在本領域普通技術人員所具備的知識范圍內，還可以再不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做出各種變化。