新能源微電網(wǎng)儲能系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于移動儲能技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種新能源微電網(wǎng)儲能系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]新能源微電網(wǎng)發(fā)電具有小型化、模塊化、地域分布較為廣泛以及靠近需求側(cè)等特點，具有能源利用率較高、低污染、安裝靈活、便于電力調(diào)度及可增加電力系統(tǒng)可靠和靈活性，被作為大電網(wǎng)運行的有效補充和強力支撐。但是，新能源微電網(wǎng)發(fā)電的應(yīng)用對電網(wǎng)的潮流方向產(chǎn)生一定影響。傳統(tǒng)電網(wǎng)的潮流流向是單一方向，即發(fā)電廠母線指向負荷，而新能源微電網(wǎng)電源接入后，電網(wǎng)潮流可能出現(xiàn)雙向流動;新能源微電網(wǎng)電源具有間歇性、不確定性等問題，其接入后，會對整個電網(wǎng)的穩(wěn)定性、網(wǎng)絡(luò)損耗及電能質(zhì)量等產(chǎn)生較大影響。新能源發(fā)電功率具有波動性和不確定性，需要利用儲能系統(tǒng)進行功率調(diào)控。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]根據(jù)以上現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提出一種新能源微電網(wǎng)儲能系統(tǒng)，通過鋰電池和超級電容混合儲能系統(tǒng)，解決了微電網(wǎng)接入電網(wǎng)對電網(wǎng)的沖擊，造成電網(wǎng)穩(wěn)定性差、網(wǎng)絡(luò)損耗的問題。
[0004]為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用的技術(shù)方案為:一種新能源微電網(wǎng)儲能系統(tǒng)，包括光伏發(fā)電單元、混合儲能裝置、負荷和電源控制系統(tǒng)，光伏發(fā)電單元包括光伏陣列和發(fā)電控制器，光伏陣列經(jīng)發(fā)電控制器與直流母線連接，并通過并網(wǎng)逆變器接入電網(wǎng)，混合儲能裝置包括鋰電池儲能系統(tǒng)和超級電容儲能系統(tǒng)，鋰電池和超級電容器各自通過DC/DC雙向變換器并入系統(tǒng)母線，負荷經(jīng)DC/DC控制器或者AC/DC控制器并入系統(tǒng)母線，電源控制系統(tǒng)連接光伏發(fā)電單元和混合儲能裝置，控制混合儲能裝置的充放電過程。所述電源控制系統(tǒng)包括第一中央管理單元、第一控制器、第二控制器、儲能控制器和參數(shù)采樣單元，第一中央管理單元通過儲能控制器分別連接至第一控制器和第二控制器，儲能控制器連接混合儲能系統(tǒng)，第一控制器連接并網(wǎng)逆變器，第二控制器連接發(fā)電控制器。所述儲能控制器包括第二中央管理單元、第三控制器和第四控制器，第三控制器連接鋰電池儲能系統(tǒng)，第四控制器連接超級電容儲能系統(tǒng)。所述采樣單元包括電壓參數(shù)采樣單元和電流參數(shù)采樣單元，所述電壓采樣參數(shù)包括光伏電池出口工作電壓、系統(tǒng)母線電壓、超級電容器出口側(cè)電壓，電流采樣參數(shù)包括光伏陣列輸出電流、超級電容器輸出電流及鋰電池輸出電流。所述電流參數(shù)采樣單元采用霍爾電流傳感器。所述DC/DC雙向變換器采用2個絕緣柵雙極型晶體管集成的半橋模塊。
[0005]本實用新型有益效果是:通過電源控制系統(tǒng)對微電網(wǎng)的各模塊的工作電壓和電流進行采集，調(diào)控儲能系統(tǒng)的充放電過程，提高了微電網(wǎng)接入電網(wǎng)的穩(wěn)定性，減小網(wǎng)絡(luò)損耗。
【附圖說明】

[0006]下面對本說明書附圖所表達的內(nèi)容及圖中的標記作簡要說明:
[0007]圖1是本實用新型的【具體實施方式】的混合儲能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
[0008]圖2是本實用新型的【具體實施方式】的混合儲能系統(tǒng)電源控制結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0009]下面對照附圖，通過對實施例的描述，本實用新型的【具體實施方式】如所涉及的各構(gòu)件的形狀、構(gòu)造、各部分之間的相互位置及連接關(guān)系、各部分的作用及工作原理、制造工藝及操作使用方法等，作進一步詳細的說明，以幫助本領(lǐng)域技術(shù)人員對本實用新型的發(fā)明構(gòu)思、技術(shù)方案有更完整、準確和深入的理解。
[0010]本實用新型提供的新能源微電網(wǎng)儲能系統(tǒng)包括光伏發(fā)電單元、混合儲能裝置、負荷和電源控制系統(tǒng)，光伏發(fā)電單元包括光伏陣列和發(fā)電控制器，光伏陣列經(jīng)發(fā)電控制器與直流母線連接;混合儲能裝置包括鋰電池儲能系統(tǒng)和超級電容儲能系統(tǒng)，鋰電池和超級電容器各自通過DC/DC雙向變換器并入系統(tǒng)母線，混合儲能裝置作為平衡節(jié)點，起到調(diào)整直流母線電壓，維持系統(tǒng)功率平衡的作用。直流負荷直接或經(jīng)DC/DC控制器并入系統(tǒng)母線，交流負荷經(jīng)AC/DC控制器并入系統(tǒng)母線，根據(jù)負荷性質(zhì)確定減載時切除負荷的順序。
[0011]如圖1，為本實用新型的混合儲能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，DC/DC雙向變換器是混合儲能系統(tǒng)的核心，是實現(xiàn)混合儲能系統(tǒng)能量管理的關(guān)鍵。由于降壓/升壓(Buck/Boost)雙向變換器僅有2個功率半導(dǎo)體器件(集成在一個絕緣柵雙極晶體管(IGBT)半橋模塊中)，不包含變壓器，結(jié)構(gòu)緊湊，體積較小，工作效率較高。
[0012]如圖2，為本實用新型混合儲能電源控制結(jié)構(gòu)，間歇式電源的控制可以分為2個層次:系統(tǒng)級的第一中央管理單元的控制和本地的控制器，本地控制器包括第一控制器和第二控制器和儲能控制器，中央管理單元依據(jù)所采集的數(shù)據(jù)，結(jié)合相關(guān)運行標準和系統(tǒng)的運行狀況做出該間歇式電源的運行決策，并以控制指令的方式進行控制。第一控制器連接并網(wǎng)逆變器，根據(jù)中央管理單元的指令調(diào)節(jié)間歇式電源輸出功率Po的大小;第二控制器連接至發(fā)電控制器，使光伏陣列發(fā)電裝置工作在最大效率跟蹤模式，提高光伏發(fā)電效率。
[0013]儲能控制器用于控制混合儲能系統(tǒng)的能量管理，儲能控制器同電源控制器，包括兩個層次，即第二中央管理單元和混合儲能系統(tǒng)的本地控制，混合儲能系統(tǒng)的本地控制包括第三控制器和第四控制器，第三控制器用于控制鋰電池儲能系統(tǒng)的能源管理，第四控制器用于控制超級電容儲能系統(tǒng)的能源管理。
[0014]第二中央管理單元控制以鋰電池儲能系統(tǒng)為核心，結(jié)合間歇式電源的運行狀態(tài)，通過控制間歇式電源的輸出功率Po的大小，間接控制流經(jīng)混合儲能系統(tǒng)的功率丹的大小。當(dāng)鋰電池的儲能量過低時，第二中央管理單元根據(jù)光伏電源輸出功率P2的大小調(diào)節(jié)Po，結(jié)合本地控制，對鋰電池進行充電，在必要時可以使并網(wǎng)逆變器運行在整流狀態(tài)下，從電網(wǎng)吸收電能給鋰電池充電，從而保證混合儲能系統(tǒng)的儲能量維持在合理的水平，確保間歇式電源的正常運行。
[0015]電源控制系統(tǒng)還包括各參數(shù)采集模塊，光伏電池出口的工作電壓檢測是為提供計算依據(jù);系統(tǒng)母線電壓檢測能夠向超級電容器儲能正常動作提供工作閾值;超級電容器出口側(cè)電壓采樣是向鋰電池儲能提供工作閾值。同時，系統(tǒng)各部分地電壓檢測也是作為軟件保護參考定值設(shè)置的重要依據(jù)。
[0016]同時，電源控制系統(tǒng)還需對光伏陣列輸出電流、超級電容器輸出電流及鋰電池輸出電流進行檢測，需采集電流值，進行系統(tǒng)軟件保護設(shè)置。電流采樣過程對采樣精度和實時性要求較高，本實用新型選擇霍爾電流傳感器對各電流值進行采樣。
[0017]超級電容承擔(dān)儲能負荷重的頻繁波動部分，充分發(fā)揮了超級電容器大功率輸出能力強，循環(huán)壽命長，響應(yīng)速度快的優(yōu)勢，而且能有效地回避超級電容器儲存能量低的不足，鋰電池儲能系統(tǒng)承擔(dān)儲能負荷中的平滑部分，可以降低頻繁充電造成的小循環(huán)充放電現(xiàn)象，改善鋰電池的充放電過程。本實用新型的儲能系統(tǒng)充放電控制過程如下:
[0018](I)第一層區(qū)
[0019]該層區(qū)工作時，aiUdcr〈 AUdcXb1Udcr,其中，Udcr為直流母線電壓額定值，AUdc為系統(tǒng)母線電壓，光伏發(fā)電單元處于MPPT控制，當(dāng)光伏輸出功率和負荷消耗功率出現(xiàn)微小波動時，為防止超級電容器和鋰電池在充電和放電間頻繁切換，設(shè)置該層區(qū)為混合儲能系統(tǒng)的不工作區(qū)。由于沒有穩(wěn)壓單元控制，微電網(wǎng)母線電壓能夠在可承受范圍內(nèi)小幅值變化。
[0020](2)第二層區(qū)
[0021]當(dāng)系統(tǒng)母線電壓持續(xù)增高，系統(tǒng)進入第二層區(qū)運行，此時,biUdcXAUdcXb2Udcrt^層區(qū)下，光伏發(fā)電單元繼續(xù)進行MPPT控制，混合儲能系統(tǒng)開始投入工作。
[0022]微電網(wǎng)系統(tǒng)母線電壓偏高，內(nèi)部能量出現(xiàn)剩余，混合儲能系統(tǒng)可以吸收功率起到調(diào)整母線電壓的作用，保證系統(tǒng)能量平衡。由混合儲能系統(tǒng)控制策略可知，超級電容器儲能最先動作，工作在充電控制中。隨著超級電容器不斷充電，其端電壓上升到Usc3時，鋰電池儲能也開始進行充電，此時，二者同時動作，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行。
[0023](3)第三層區(qū)
[0024]當(dāng)超級電容器充電致其端電壓上升到最大限值USC4，鋰電池剩余容量達SOCbmax時，即混合儲能系統(tǒng)失去調(diào)節(jié)能力，直流母線電壓會繼續(xù)上升，當(dāng)AUdc>b2Udcr時，系統(tǒng)運行進入第三層區(qū)。此時，光伏發(fā)電單元提供的功率大于負荷消耗的功率，微電網(wǎng)母線電壓偏高。為平衡系統(tǒng)內(nèi)部能量流動，光伏發(fā)電單元需減少能量的提供，將從MPPT控制轉(zhuǎn)變?yōu)楹銐嚎刂?。光伏發(fā)電單元不再最大可能性地提供最大能量，而是通過減少能量輸出保持系統(tǒng)母線電壓恒定。
[0025](4)第四層區(qū)
[0026]當(dāng)系統(tǒng)母線電壓持續(xù)減小，系統(tǒng)開始進入第四層區(qū)工作，此時，asUd。^AUdc^aWdcr。該層區(qū)下，光伏發(fā)電單元依據(jù)保持處于MPPT模式下，混合儲能系統(tǒng)將投入工作，根據(jù)下垂特性調(diào)整直流母線電壓。
[0027]該層區(qū)，系統(tǒng)功率不足，直流母線電壓偏低，混合儲能系統(tǒng)需通過釋放功率補充系統(tǒng)穩(wěn)定運行所需功率。同樣，超級電容器儲能最先動作并開始工作，通過放電為系統(tǒng)提供缺額能量。隨著放電超級電容器出口電壓下降到Usc3后，鋰電池儲能開始動作，工作在放電模式。
[0028](5)第五層區(qū)
[0029]當(dāng)超級電容器放電致其端電壓下降到最小工作電壓Uscl，鋰電池剩余容量達SOCbmin時，混合儲能系統(tǒng)即失去調(diào)節(jié)能力，直流母線電壓會繼續(xù)降低，當(dāng)Δ Udc < a2Udcr0t，系統(tǒng)運行進入第五層區(qū)。
[0030]上面結(jié)合附圖對本實用新型進行了示例性描述，顯然本實用新型具體實現(xiàn)并不受上述方式的限制，只要采用了本實用新型的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進行的各種非實質(zhì)性的改進，或未經(jīng)改進將本實用新型的構(gòu)思和技術(shù)方案直接應(yīng)用于其它場合的，均在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。本實用新型的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書所限定的保護范圍為準。
【主權(quán)項】
1.一種新能源微電網(wǎng)儲能系統(tǒng)，其特征在于，包括光伏發(fā)電單元、混合儲能裝置、負荷和電源控制系統(tǒng)，光伏發(fā)電單元包括光伏陣列和發(fā)電控制器，光伏陣列經(jīng)發(fā)電控制器與直流母線連接，并通過并網(wǎng)逆變器接入電網(wǎng)，混合儲能裝置包括鋰電池儲能系統(tǒng)和超級電容儲能系統(tǒng)，鋰電池和超級電容器各自通過DC/DC雙向變換器并入系統(tǒng)母線，負荷經(jīng)DC/DC控制器或者AC/DC控制器并入系統(tǒng)母線，電源控制系統(tǒng)連接光伏發(fā)電單元和混合儲能裝置，控制混合儲能裝置的充放電過程。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新能源微電網(wǎng)儲能系統(tǒng)，其特征在于，所述電源控制系統(tǒng)包括第一中央管理單元、第一控制器、第二控制器、儲能控制器和參數(shù)采樣單元，第一中央管理單元通過儲能控制器分別連接至第一控制器和第二控制器，儲能控制器連接混合儲能系統(tǒng)，第一控制器連接并網(wǎng)逆變器，第二控制器連接發(fā)電控制器。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的新能源微電網(wǎng)儲能系統(tǒng)，其特征在于，所述儲能控制器包括第二中央管理單元、第三控制器和第四控制器，第三控制器連接鋰電池儲能系統(tǒng)，第四控制器連接超級電容儲能系統(tǒng)。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的新能源微電網(wǎng)儲能系統(tǒng)，其特征在于，所述采樣單元包括電壓參數(shù)采樣單元和電流參數(shù)采樣單元，所述電壓采樣參數(shù)包括光伏電池出口工作電壓、系統(tǒng)母線電壓、超級電容器出口側(cè)電壓，電流采樣參數(shù)包括光伏陣列輸出電流、超級電容器輸出電流及鋰電池輸出電流。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的新能源微電網(wǎng)儲能系統(tǒng)，其特征在于，所述電流參數(shù)采樣單元采用霍爾電流傳感器。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新能源微電網(wǎng)儲能系統(tǒng)，其特征在于，所述DC/DC雙向變換器采用2個絕緣柵雙極型晶體管集成的半橋模塊。
【專利摘要】本實用新型公開了一種新能源微電網(wǎng)儲能系統(tǒng)，包括光伏發(fā)電單元、混合儲能裝置、負荷和電源控制系統(tǒng)，光伏發(fā)電單元包括光伏陣列和發(fā)電控制器，光伏陣列經(jīng)發(fā)電控制器與直流母線連接，并通過并網(wǎng)逆變器接入電網(wǎng)，混合儲能裝置包括鋰電池儲能系統(tǒng)和超級電容儲能系統(tǒng)，鋰電池和超級電容器各自通過DC/DC雙向變換器并入系統(tǒng)母線，負荷經(jīng)DC/DC控制器或者AC/DC控制器并入系統(tǒng)母線，電源控制系統(tǒng)連接光伏發(fā)電單元和混合儲能裝置，控制混合儲能裝置的充放電過程。系統(tǒng)通過電源控制系統(tǒng)對微電網(wǎng)的各模塊的工作電壓和電流進行采集，調(diào)控儲能系統(tǒng)的充放電過程，提高了微電網(wǎng)接入電網(wǎng)的穩(wěn)定性，減小網(wǎng)絡(luò)損耗。
【IPC分類】H02J3/32, H02J3/38
【公開號】CN205385293
【申請?zhí)枴緾N201620130330
【發(fā)明人】田麗, 王春亭, 聶啟燕, 鳳志民, 吳道林, 李從飛, 鄧多成, 嚴晨曦, 王軍
【申請人】安徽工程大學(xué)
【公開日】2016年7月13日
【申請日】2016年2月19日