一種智能電網分布自給式光伏供電系統的製作方法
2023-04-28 07:39:16 1
專利名稱：一種智能電網分布自給式光伏供電系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及光伏供電技術領域，更具體地說，涉及一種智能電網分布自給式光伏供電系統。
背景技術：
能源是經濟社會發展的基礎，同時也是影響經濟社會發展的主要因素。隨著經濟社會的發展，人們使用能源特別是化石能源越來越多，能源對經濟社會發展的制約日益突出，對賴以生存的自然環境的影響也越來越大，而化石能源最終將消耗殆盡。因此，提高能源利用效率、調整能源結構、開發和利用可再生能源將是能源發展的必然選擇。目前，隨著光伏發電技術的迅速進步，相關製造產業和開發利用規模逐漸擴大，光伏組件及相關設備成本大幅度下降，使光伏發電成本大幅度降低，在廣大城鎮和農村的各種建築物和公共設施上推廣自給式光伏供電系統成為可能。特別在用電價格較高的中東部地區，自給式光伏發電已經具有較好的經濟性，具備較大規模應用的條件。然而，民用太陽能電池的產品用於出口的比例比較高，國內居民自用光伏供電系統應用水平較低、規模小，光伏供電系統在無電地區使用才有經濟效益；大型光伏供電系統已有發展，但輸電、儲電仍存在弊端。分布式發電通過家庭、企業和公共建築「自發自用為主，多餘電量上網」的模式，免去大型電站因為電網集中接入和長距離輸送存在的併網難問題，有利於光伏發電快速大規模應用。因此，開發分布自給式光伏供電系統，對於推廣「分散開發，就近利用」的優勢有著重要意義。目前，小型光伏供電系統仍以離網發電系統為主，我國主要應用於西藏、青海、新疆等無電地區，國際上也是主要應用於非洲、東南亞和拉美等電氣化水平較低的地區，解決無電地區居民的基本生活用電問題，小型離網光伏供電系統已比較成熟。我國中東部地區是用電主要地區，用電價格比較高，且峰谷差價較大，傳統的小型離網光伏供電系統不適用於電網較發達的中東部地區，同時國際上歐美、日本等經濟發達國家電氣化水平高，隨著光伏等新能源發電佔比不斷增高，新能源發電的間歇性、隨機性、波動性特性對公共電網的衝擊已逐步顯現，所以開發具有並/離網無縫切換功能、通過儲能器實現多工作模式的自給式光伏供電系統，一則可改善系統供電質量、提升自給率、擴大電網可承受的光伏發電裝機量，再則可實施消峰平谷擴大電網容量、提高系統運行經濟性。
發明內容
有鑑於此，本發明提供一種智能電網分布自給式光伏供電系統，能夠接受公共電網對系統的遠程調度，實現系統和電網間的功率交互、負載的錯峰用電和系統的經濟運行，提高系統自發自用率、降低供電成本、改善供電質量、減少對電網的衝擊、提高公共電網可承受的新能源穿透率。為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案為:一種智能電網分布自給式光伏供電系統，包括:中央控制器、DC/DC直流斬波電路、電力調配電路、DC/AC雙向逆變電路、孤島檢測電路和儲能器；其中:所述DC/DC直流斬波電路、電力調配電路、DC/AC雙向逆變電路和孤島檢測電路依次連接；所述DC/DC直流斬波電路還與光伏組件連接；所述電力調配電路還分別與所述儲能器和直流負載連接；所述DC/AC雙向逆變電路還與交流負載連接；所述孤島檢測電路還與公用電網連接；所述中央控制器通過通訊總線分別與所述DC/DC直流斬波電路、電力調配電路、DC/AC雙向逆變電路、孤島檢測電路和儲能器連接，根據實時採集的數據信息，對所述DC/DC直流斬波電路、電力調配電路、DC/AC雙向逆變電路、孤島檢測電路和儲能器進行控制。優選地，所述實時採集的數據信息包括:光伏組件的發電功率、交流負載和直流負載的用電負荷功率、儲能器儲能量信息和公用電網狀態信息。優選地，所述DC/DC直流斬波電路採用變步長尋優控制策略及模糊PID控制算法對開關管進行導通、關斷控制，實時跟蹤所述光伏組件的最大功率。優選地，所述電力調配電路，通過所述中央控制器根據光伏組發電功率、用電負荷功率和儲能器儲能量信息生成的控制信號，對儲能器充放電狀態、光伏組發電電流流向以及負荷供電優先級進行控制。優選地，所述DC/AC雙向逆變電路，採用電壓外環、電流內環的控制策略，利用三相PWM調製方法，對功率因數進行校正，並根據公用電網的電壓和電流信息實現併網。優選地，所述孤島檢測電路通過主動和被動孤島檢測，在公用電網斷電時，離網模式運行向負載供電。優選地，所述儲能器包括:充放電控制單元、儲能電池管理單元和儲能電池；其中:所述充放電控制單元分別與所述儲能電池管理單元和儲能電池連接；所述儲能電池管理單元與所述儲能電池連接；所述充放電控制單元對儲能電池的充電和放電進行控制，對過充、過放、過流和短路進行保護告警，並將告警信息發送至所述中央控制器；所述電池管理單元監測所述儲能電池的電壓、電流、荷電狀態和將抗狀態，並將狀態信息發送至所述中央控制器和充放電控制單元。優選地，所述系統還包括連接在所述孤島檢測電路和公用電網之間的雙向計量智能電錶。優選地，所述系統還包括與所述中央控制器連接的電力調度子控制器。從上述的技術方案可以看出，本發明公開的一種智能電網分布自給式光伏供電系統，通過中央控制器實時採集數據信息，並根據實時採集的數據信息，對DC/DC直流斬波電路、電力調配電路、DC/AC雙向逆變電路、孤島檢測電路和儲能器進行控制，能夠實現並/離網的無縫切換，確保了公用電網正常時併網模式運行，掉電時系統能快速自動脫網、離網模式運行，實現了可接受公共電網對系統的遠程調度、系統和電網間的功率交互、負載的錯峰用電和系統的經濟運行，改善了供電質量、保證了負載用電的安全性和可靠性，提高了系統的自發自用率，減少了光伏發電出力的間歇性和波動性對電網的衝擊，提高了公共電網可承受的光伏發電穿透率，有助於擴大分布式光伏發電裝機量。
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯見下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發明實施例公開的一種智能電網分布自給式光伏供電系統結構示意圖；圖2為本發明另一實施例公開的一種智能電網分布自給式光伏供電系統結構示意圖。
具體實施例方式下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。本發明實施例公開了一種智能電網分布自給式光伏供電系統，能夠接受公共電網對系統的遠程調度，實現系統和電網間的功率交互、負載的錯峰用電和系統的經濟運行，提高系統自發自用率、降低供電成本、改善供電質量、減少對電網的衝擊、提高公共電網可承受的新能源穿透率。如圖1所不,一種智能電網分布自給式光伏供電系統,包括:中央控制器、DC/DC直流斬波電路、電力調配電路、DC/AC雙向逆變電路、孤島檢測電路和儲能器；其中:DC/DC直流斬波電路、電力調配電路、DC/AC雙向逆變電路和孤島檢測電路依次連接；DC/DC直流斬波電路還與光伏組件連接；電力調配電路還分別與儲能器和直流負載連接；DC/AC雙向逆變電路還與交流負載連接；孤島檢測電路還與公用電網連接；中央控制器通過通訊總線分別與DC/DC直流斬波電路、電力調配電路、DC/AC雙向逆變電路、孤島檢測電路和儲能器連接，根據實時採集的數據信息，對DC/DC直流斬波電路、電力調配電路、DC/AC雙向逆變電路、孤島檢測電路和儲能器進行控制。具體的，中央控制器實時採集的數據信息包括:光伏組件的發電功率、交流負載和直流負載的用電負荷功率、儲能器儲能量信息和公用電網狀態信息。具體的，DC/DC直流斬波電路採用變步長尋優控制策略及模糊PID控制算法對電路中的開關管進行導通、關斷控制，實時跟蹤光伏組件的最大功率。具體的，電力調配電路，通過中央控制器根據光伏組件發電功率、用電負荷功率和儲能器儲能量信息生成的控制信號，對儲能器充放電狀態、光伏組件發電電流流向以及負荷供電優先級進行控制。具體的，DC/AC雙向逆變電路，採用電壓外環、電流內環的控制策略，利用三相PWM調製方法，實現功率因數校正(PFC)功能，大幅度減小了諧波含量和直流分量，抑制諧波電流注入電網，提高了功率因數，減小了對電網的幹擾；逆變功能的實現是以公用電網的電壓、電流參數為參考，實現併網，並可根據公用電網或用電負荷的需要通過調節電壓、電流相位角實現功率因數從-1到I的調節。具體的，孤島檢測電路通過主動和被動孤島檢測，在公用電網斷電時，向負載供電。具體的，儲能器包括:充放電控制單元、儲能電池管理單元和儲能電池；充放電控制單元根據不同的儲能電池進行合理的充電管理，合理的放電管理，並具有過充、過放、過流、短路等保護告警功能，並將告警信息上傳給中央控制器；儲能電池管理單元能夠監測每組儲能電池的電壓、電流、荷電狀態(S0C)、健康狀態(SOH)等相關數據，並且具有儲能電池正負極對地絕緣檢測功能，直流漏電告警和保護功能，並將狀態信息實時上傳給中央控制器和充放電控制單元；儲能電池由多組(1+N，N彡I)電池構成，一則通過電池組並聯實現儲能電池的模塊化，能使儲能模塊在線更換，再則通過電力調配電路和每一組儲能電池分別連接實現多組儲能電池充放電的異步並行，讓至少一組儲能電池處於在(待)放電狀態、至少一組儲能電池處於在(待)充電狀態，根據每一組儲能電池的荷電狀態中央控制器計算分析決定每一組儲能電池的工作狀態，以此延長電池使用壽命，提高整個系統的經濟性。在上述實施例中，當中央控制器檢測到公用電網正常時，DC/AC雙向逆變電路併網運行，光伏組件產生的電能通過DC/DC直流斬波電路、電力調配電路，即可經DC/AC雙向逆變電路向交流負載供電或回饋到公用電網中，也可對儲能器中的電池組進行充電。中央控制器基於光伏組件產生的電能、儲能器的儲能狀態、公用電網峰谷時間段和分時電價，通過計算分析經濟用電模式，決定光伏組件、儲能器或公用電網對負載供電的優先順序、回饋公用電網和儲能器充電的優先順序、儲能器充電和放電的優先順序。具體的，當公用電網正常，DC/AC雙向逆變電路併網時，光伏組件產生的電能通過DC/DC直流斬波電路、電力調配電路，DC/AC雙向逆變電路向交流負載供電；當光伏組件產生的電能功率大於用電負載功率，儲能器不需要充電時，光伏組件產生的電能通過DC/DC直流斬波電路、電力調 配電路，DC/AC雙向逆變電路和孤島檢測電路回饋到公共電網中；當光伏組件產生的電能功率大於用電負載功率，儲能器需要充電時，首先給用電負載供電，然後通過電力調配電路對儲能器充電，其餘電量反饋到公共電網中；當光伏組件產生的電能功率小於用電負載功率時，儲能器通過電力調配電路經過DC/AC雙向逆變電路向用電負載供電，如果仍不能滿足用電負載，公共電網作為補充給交流負載供電；當光伏組件產生的電能功率小於用電負載功率，儲能器需要充電時，光伏組件通過電力調配電路給儲能器充電，用電負載由公共電網直接供電；當連續陰雨天或夜間時，公共電網通過孤島檢測電路，給用電負載供電，並經過DC/AC雙向逆變電路給儲能器充電。當中央控制器檢測到公用電網故障時，DC/AC雙向逆變電路離網運行，光伏組件產生的電能通過DC/DC直流斬波電路、電力調配電路向交流負載供電，也可向儲能器充電或從儲能器取電。中央控制器基於光伏組件產生的電能、儲能器的儲能狀態，通過計算分析保障用電模式，決定光伏組件、儲能器對負載供電的優先順序、儲能器充電和放電的優先順序，並對負載進行分級管理。具體的，當公共電網故障時，DC/AC雙向逆變電路離網運行，根據儲能器的容量，對用電負載進行分級管理，儲能器容量較低時，先後切除交流負荷、直流負荷。在上述實施例的基礎上，本發明的另一實施例還公開了一種智能電網分布自給式光伏供電系統，如圖2所示，包括:中央控制器、DC/DC直流斬波電路、電力調配電路、DC/AC雙向逆變電路、孤島檢測電路、儲能器雙向計量智能電錶和電力調度子控制器；
DC/DC直流斬波電路、電力調配電路、DC/AC雙向逆變電路和孤島檢測電路依次連接；DC/DC直流斬波電路還與光伏組件連接；電力調配電路還分別與儲能器和直流負載連接；DC/AC雙向逆變電路還與交流負載連接；孤島檢測電路還與公用電網連接；中央控制器通過通訊總線分別與DC/DC直流斬波電路、電力調配電路、DC/AC雙向逆變電路、孤島檢測電路和儲能器連接，根據實時採集的數據信息，對DC/DC直流斬波電路、電力調配電路、DC/AC雙向逆變電路、孤島檢測電路和儲能器進行控制；雙向計量智能電錶連接在孤島檢測電路和公用電網之間，實現對公共電網的雙向計量，能夠直觀的反映出用戶的收益；電力調度子控制器與中央控制器連接，通過電力載波的形式將中央控制器運行的數據上傳到電力調度子控制器中，實現分布式能源的可預測性和可調度性。綜上所述，本發明能夠實現光伏供電系統的並/離網多種工作模式，能夠將光伏組件產生的電能存儲到儲能器中的儲能電池中，實現自發自用，多餘電能回饋公共電網；能夠實現併網、離網之間的無縫切換，確保公共正常時併網模式運行，電網掉電時系統快速自動脫網、離網模式運行，保證了負載用電的安全性和可靠性；實現了光伏優先、儲能器調節、公共電網備用，提高了分布式光伏系統的自發自用率；能夠實現錯峰用電，用電尖峰時段電價較高時，光伏〉儲能電池 > 公共電網，平時段電價平衡時，光伏 > 公共電網〉儲能電池，低谷時段電價較低時，利用公共電網為儲能電池補充電；模塊化設計，能夠支持並機功能，使整個系統容易擴展；採用標準的通訊協議，可以通過電力載波形式將系統運行數據上傳到電力調度子控制器，實現了分布式能源的可預測、可調度性；通過負載的分類管理，把負載分為交流負載和直流負載，當公共電網停電時，中央控制器會根據光伏發電情況、儲能器的荷電狀態，對交、直流負載進行分類管理，I級輸出穩定的220V交流電壓，供正常負載使用；
2級輸出穩定的12V直流電壓給照明或相同電壓等級的直流負載應急供電；3級輸出穩定的5V直流電壓，給手機、MP3等小型電子設備不間斷充電。本說明書中各個實施例採用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。
權利要求
1.一種智能電網分布自給式光伏供電系統,其特徵在於,包括:中央控制器、DC/DC直流斬波電路、電力調配電路、DC/AC雙向逆變電路、孤島檢測電路和儲能器；其中: 所述DC/DC直流斬波電路、電力調配電路、DC/AC雙向逆變電路和孤島檢測電路依次連接；所述DC/DC直流斬波電路還與光伏組件連接；所述電力調配電路還分別與所述儲能器和直流負載連接；所述DC/AC雙向逆變電路還與交流負載連接；所述孤島檢測電路還與公用電網連接； 所述中央控制器通過通訊總線分別與所述DC/DC直流斬波電路、電力調配電路、DC/AC雙向逆變電路、孤島檢測電路和儲能器連接，根據實時採集的數據信息，對所述DC/DC直流斬波電路、電力調配電路、DC/AC雙向逆變電路、孤島檢測電路和儲能器進行控制。
2.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述實時採集的數據信息包括:光伏組件的發電功率、交流負載和直流負載的用電負荷功率、儲能器儲能量信息和公用電網狀態信肩、O
3.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述DC/DC直流斬波電路採用變步長尋優控制策略及模糊PID控制算法對電路中的開關管進行導通、關斷控制，實時跟蹤所述光伏組件的最大功率。
4.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述電力調配電路，通過所述中央控制器根據光伏組件發電功率、用電負荷功率和儲能器儲能量信息生成的控制信號，對儲能器充放電狀態、光伏組件發電電流流向以及負荷供電優先級進行控制。
5.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述DC/AC雙向逆變電路，採用電壓外環、電流內環的控制策略，利用三相PWM調製方法，對功率因數進行校正，並根據公用電網的電壓和電流信息實現併網。
6.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述孤島檢測電路通過主動和被動孤島檢測，在公用電網斷電時，離網模式運行向負載供電。
7.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述儲能器包括:充放電控制單元、儲能電池管理單元和儲能電池；其中: 所述充放電控制單元分別與所述儲能電池管理單元和儲能電池連接； 所述儲能電池管理單元與所述儲能電池連接； 所述充放電控制單元對儲能電池的充電和放電進行控制，對過充、過放、過流和短路進行保護告警，並將告警信息發送至所述中央控制器； 所述電池管理單元監測所述儲能電池的電壓、電流、荷電狀態和健康狀態，並將狀態信息發送至所述中央控制器和充放電控制單元。
8.根據權利要求7所述的系統，其特徵在於，還包括連接在所述孤島檢測電路和公用電網之間的雙向計量智能電錶。
9.根據權利要求8所述的系統，其特徵在於，還包括與所述中央控制器連接的電力調度子控制器。
全文摘要
本發明公開了一種智能電網分布自給式光伏供電系統，包括中央控制器、DC/DC直流斬波電路、電力調配電路、DC/AC雙向逆變電路、孤島檢測電路和儲能器，中央控制器對實時採集的數據，通過分析計算，對DC/DC直流斬波電路、電力調配電路、DC/AC雙向逆變電路、孤島檢測電路和儲能器進行控制，實現了並/離網的無縫切換，確保了公用電網正常時併網模式運行，掉電時系統能快速自動脫網、離網模式運行，實現了可接受公共電網對系統的遠程調度、系統和電網間的功率交互、負載的錯峰用電和系統的經濟運行，改善了供電質量、保證了負載用電的安全性和可靠性，提高了系統的自發自用率，減少了光伏發電出力的間歇性和波動性對電網的衝擊。
文檔編號H02J13/00GK103199564SQ20131013641
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月18日 優先權日2013年4月18日
發明者隋延波, 孫佑宣, 孔令成, 馬強 申請人:山東聖陽電源股份有限公司