一種光儲一體化發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光儲一體化發(fā)電系統(tǒng)，尤其是光儲微電網(wǎng)、可控型光儲一體化發(fā)電系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]世界常規(guī)能源供應短缺危機日益嚴重，化石能源的大量開發(fā)利用已成為造成自然環(huán)境污染和人類生存環(huán)境惡化的主要原因之一，尋找新興能源已成為世界熱點問題。各種新能源中，太陽能光伏發(fā)電具有無污染、可持續(xù)、總量大、分布廣、應用形式多樣等優(yōu)點，受到世界各國的高度重視。隨著光伏發(fā)電接入電網(wǎng)的比例不斷提高，光伏發(fā)電的間隙性與不可確定性給電量系統(tǒng)的穩(wěn)定性帶來了很多問題，而光儲一體化發(fā)電系統(tǒng)可通過能量存儲和優(yōu)化配置實現(xiàn)本地能源生產(chǎn)與用能負荷的基本平衡，增強光伏發(fā)電系統(tǒng)的友好性。
[0003]對于光伏并網(wǎng)系統(tǒng)，通過配置一定容量的儲能系統(tǒng)組成可控型光儲一體化發(fā)電系統(tǒng)，使光伏發(fā)電具有與傳統(tǒng)發(fā)電系統(tǒng)一樣的特性，具備可調度能力，減少對大電網(wǎng)的并網(wǎng)沖擊，解決大規(guī)模可再生能源間歇性、波動性、不確定性及電力電子接口給電網(wǎng)帶來的問題，提高可再生能源的置信度與在用戶側的安全消納。
[0004]對于微電網(wǎng)系統(tǒng)，本著因地制宜，科學設計的原則，組建光儲微電網(wǎng)，可根據(jù)需要與公共電網(wǎng)靈活互動且相對獨立運行。由光儲一體化發(fā)電系統(tǒng)形成的微電網(wǎng)項目可依托已有配電網(wǎng)建設，也可以結合新建的獨立電網(wǎng)建設；可以是單個光儲微電網(wǎng)，也可以是某一區(qū)域內(nèi)多個光儲微電網(wǎng)構成的為電網(wǎng)群。
[0005]近幾年來，在能源與環(huán)境問題的趨勢下，光伏發(fā)電在我國得到了飛速的發(fā)展，但相應的問題也越來越明顯，導致棄光限電問題嚴重。光儲一體化發(fā)電系統(tǒng)可看成光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的升級版，通過能量管理系統(tǒng)將太陽能的自由利用和常規(guī)能源的高效利用結合起來，促進太陽能的高比例且更為有效的利用。對于高比例光伏發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性及光儲微電網(wǎng)系統(tǒng)的研究正成為學術界的探討熱點，但還停留在研究與示范階段。
[0006]國家電網(wǎng)在河北省張北縣建立了風光儲輸示范系統(tǒng)，旨在通過集中儲能系統(tǒng)來解決大規(guī)模光伏或風電并網(wǎng)問題，但效果與作用并不明顯，仍然沒有解決張北大規(guī)?？稍偕茉吹牟⒕W(wǎng)難題。中國專利CN 103337886 A提出了一種工業(yè)園區(qū)風光儲微電網(wǎng)系統(tǒng)，主要闡述了系統(tǒng)的組成與架構，其架構主要是基于純交流母線的拓撲，并且沒有提出系統(tǒng)具體的配置原則、控制策略、工作模式與流程，很難實現(xiàn)系統(tǒng)的可復制性與規(guī)?；茝V。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對目前光伏發(fā)電規(guī)?；么嬖诘膯栴}，本發(fā)明提出了一種交流母線與直流母線混合的光儲一體化發(fā)電系統(tǒng)。本發(fā)明設計合理、發(fā)電系統(tǒng)效率高、可模塊化即插即用、便于規(guī)模化推廣。
[0008]本發(fā)明的技術方案如下:
[0009]一種光儲一體化發(fā)電系統(tǒng)，包括:光伏陣列、DC/DC變流器、儲能裝置、DC/AC變流器，以及能量管理系統(tǒng)。
[0010]光伏陣列作為能量輸入接口，用于將太陽能轉換為電能。DC/DC變流器的輸入端與光伏陣列相連接，DC/DC變流器的輸出端通過儲能裝置與DC/AC變流器的輸入端相連，儲能裝置的輸出端與DC/AC變流器的輸入端連接，DC/AC變流器與公共連接點連接。DC/AC變流器負責最大限度地捕獲光伏陣列的電能同時，執(zhí)行對儲能裝置的充電管理。儲能裝置對本發(fā)明光儲一體化發(fā)電系統(tǒng)的電能進行存儲，從而實現(xiàn)能量輸入輸出的解耦；DC/AC變流器接受DC/DC變流器和儲能裝置兩部分的電能，并將電能輸出至公共聯(lián)接點，該公共聯(lián)接點是光儲一體化發(fā)電系統(tǒng)的交流輸出端，通過該唯一的端口與外部公共大電網(wǎng)進行聯(lián)接。能量管理系統(tǒng)通過通訊網(wǎng)絡實現(xiàn)對所述光伏陣列、DC/DC變流器、儲能裝置、DC/AC變流器的數(shù)據(jù)交互，制定本發(fā)明光儲一體化發(fā)電系統(tǒng)的最優(yōu)運行及調度策略，實現(xiàn)對該光儲一體化發(fā)電系統(tǒng)的運行管理。
[0011]所述儲能裝置可以是鋰離子電池、鉛酸/碳、液流等各種儲能形式，儲能裝置所允許的最低電壓取決于其后級DC/AC變流器逆變輸出電壓值。光儲一體化發(fā)電系統(tǒng)可適用于并網(wǎng)與微電網(wǎng)兩種應用形式，但在兩種應用場合下儲能裝置的作用及其容量配置原則均不同，分別說明如下。
[0012]光儲一體化發(fā)電系統(tǒng)應用于并網(wǎng)系統(tǒng)時，儲能裝置的作用主要是為了有效抑制光伏發(fā)電的不平穩(wěn)性。因此，當光儲一體化發(fā)電系統(tǒng)只工作在并網(wǎng)模式下，可通過能量管理系統(tǒng)執(zhí)行相應的控制策略，使整個光伏發(fā)電系統(tǒng)在公共聯(lián)接點處的功率可控，平滑由可變電源和或可變負載引起的功率波動，穩(wěn)定電網(wǎng)，從而提高光伏發(fā)電系統(tǒng)穿透率與利用率。此外儲能裝置還可以根據(jù)電網(wǎng)需求，通過無功控制為電網(wǎng)提供電壓支持，該控制模式可用于并網(wǎng)波形優(yōu)化、濾波、調峰和調節(jié)電能質量。綜合考慮經(jīng)濟性與可靠性的原則，在該場合下，儲能裝置的設計容量不宜過大，由于光伏發(fā)電單元是以電力電子為接口，光伏最大功率點跟蹤響應速度在I秒以內(nèi)，儲能裝置的容量應能最少支撐光伏額定容量10分鐘。本發(fā)明光儲一體化發(fā)電系統(tǒng)應用于微電網(wǎng)系統(tǒng)時，除了并網(wǎng)狀態(tài)的控制方法外，在獨立運行狀態(tài)下，儲能裝置還要對微電網(wǎng)內(nèi)部的本地負荷提供不間斷的電力支撐。此時儲能裝置的容量選擇主要取決于兩個因素，一是微電網(wǎng)系統(tǒng)的最長停電時間；其次是當?shù)靥柕淖畲箨幱晏鞌?shù)。因此對于聯(lián)網(wǎng)型微電網(wǎng)，儲能裝置的容量可設計為當?shù)刈铋L停電時間與本地負荷的功率的乘積，針對一般的應用情況儲能支撐時間為10分鐘?2個小時；對于獨立型微電網(wǎng)系統(tǒng)，儲能裝置的容量應能保證在沒有太陽光的情況下連續(xù)給本地重要負荷供電4?8小時。
[0013]所述DC/DC變流器采用BUCK降壓或BOOST升壓電路，只能實現(xiàn)能量的單向流動，多路DC/DC電路并聯(lián)運行采用交錯并聯(lián)的形式來實現(xiàn)；所述DC/DC變流器采用數(shù)字化控制，具有光伏最大功率點跟蹤、蓄電池充電管理策略功能。
[0014]所述DC/AC變流器采用H橋或三相半橋電路，經(jīng)LC低通濾波后接Δ /Y隔離升壓變壓器接入公共聯(lián)結點，能夠實現(xiàn)能量的雙向流動；所述DC/AC變流器采用數(shù)字化控制，可根據(jù)公共聯(lián)結點的狀態(tài)決定是獨立、并網(wǎng)還是平滑切換運行，根據(jù)儲能裝置的狀態(tài)決定是逆變還是整流運行。
[0015]所述公共聯(lián)結點處通過開關接入公共電網(wǎng)、其他發(fā)電系統(tǒng)或獨立的負載。對于微電網(wǎng)系統(tǒng)，此處的開關要求為快速并網(wǎng)開關，并且開關狀態(tài)通過1 口干結點的形式與DC/AC變流器進行通訊。
[0016]所述儲能裝置的充電可以通過DC/DC變流器也可以通過DC/AC變流器實現(xiàn)，這主要取決于光儲一體化發(fā)電系統(tǒng)的運行狀態(tài)及能量管理系統(tǒng)的調度指令；光儲一體化系統(tǒng)優(yōu)先采用DC/DC變流器執(zhí)行最大功率點跟蹤算法給儲能裝置充電；在獨立運行狀態(tài)下，在保證負荷供電情況下，最大限度地給儲能裝置充電；在并網(wǎng)運行狀態(tài)下，一直執(zhí)行最大功率點跟蹤算法，按照最優(yōu)充電策略給儲能裝置充電，并將多余的能量輸給DC/AC變流器。并網(wǎng)運行狀態(tài)下，DC/AC變流器會根據(jù)能量管理系統(tǒng)的調度指令對儲能裝置實現(xiàn)定時均充/均放充放電控制策略。
[0017]本發(fā)明光儲一體化發(fā)電系統(tǒng)的光伏陣列、DC/DC變流器、儲能裝置、DC/AC變流器及能量管理系統(tǒng)各部分之間既相互聯(lián)系又彼此獨立。所述光儲一體化發(fā)電系統(tǒng)在通訊正常時，通過能量管理系統(tǒng)制定最優(yōu)的運行及調度策略；當出現(xiàn)通訊故障時，DC/DC變流器及DC/AC變流器等設備依然可以通過各自的控制系統(tǒng)穩(wěn)定運行。具體控制方法如下:
[0018]能量管理系統(tǒng)是本發(fā)明光儲一體化發(fā)電系統(tǒng)運行優(yōu)化及管理控制的核心，通過RS485通訊網(wǎng)絡收集并分析處理光伏陣列、DC/DC變流器、儲能裝置、DC/AC變流器及公共聯(lián)結點的運行數(shù)據(jù)信息，制定最優(yōu)的運行及調度策略，并通過RS485通訊網(wǎng)絡下發(fā)控制指令給相應的DC/DC變流器和DC/AC變流器。
[0019]能量管理系統(tǒng)通過對公共聯(lián)結點處電壓及頻率信息的檢測分析，判斷公共聯(lián)接點處的電網(wǎng)是否正常，根據(jù)電網(wǎng)狀態(tài)判斷光儲一體化發(fā)電系統(tǒng)處于獨立運行還是并網(wǎng)運行，如果電網(wǎng)正常，運行在并網(wǎng)狀態(tài)；反之，運行在獨立狀態(tài)。
[0020]然后，能量管理系統(tǒng)根據(jù)運行模式來制定相應的調度策略。在獨立運行模式下，能量管理系統(tǒng)根據(jù)光儲一體化發(fā)電系統(tǒng)中的光伏陣列和儲能裝置間的功率動態(tài)平衡原則，制定對DC/DC變流器的最優(yōu)充電控制策略；DC/AC變流器一方面實現(xiàn)電壓/頻率組網(wǎng)控制，另一方面通過對公共聯(lián)接點處的交流電壓與頻率的檢測判斷，實現(xiàn)對儲能裝置電壓的穩(wěn)壓控制。
[0021]在并網(wǎng)運行模式下，DC/DC變流器始終執(zhí)行光伏最大功率點跟蹤算法，按照最優(yōu)充電策略給儲能裝置充電，并將多余的能量輸送給DC/AC變流器。針對不同的應用場合，能量管理系統(tǒng)制定出不同的最優(yōu)運行策略，當需要保證光伏陣列的穩(wěn)定輸出，保證光伏陣列能量最大限度并入電網(wǎng)時，DC/AC變流器執(zhí)行對公共聯(lián)結點處恒功率輸出的調度策略；當需要實現(xiàn)對儲能裝置激活優(yōu)化控制時，DC/AC變流器通過能量管理系統(tǒng)的功率調度指令，執(zhí)行對儲能裝置的均充或均放；當需要保證公共聯(lián)結點處的電能質量時，DC/AC變流器執(zhí)行相應的電網(wǎng)友好性控制策略，使并網(wǎng)點的電能質量達到設定的要求；當需要通過儲能裝置來實現(xiàn)削峰填谷，DC/AC變流器根據(jù)調動策略執(zhí)行相應的有功與無功輸出。
[0022]當通訊故障時，所述DC/AC變流器主要執(zhí)行基于電力電子裝置的能量變換功能，公共聯(lián)結點處需要安裝檢測單元對開關外側的電網(wǎng)狀態(tài)進行檢測，當檢測到電網(wǎng)異常，檢測單元會發(fā)出指令斷開開關，通過1 口干結點將電網(wǎng)狀態(tài)傳遞給DC/AC變流器，DC/AC變流器執(zhí)行由并網(wǎng)到獨立的切換；反之，當檢測到電網(wǎng)恢復正常，檢測單元會根據(jù)拍頻控制等待開關兩側的電壓相位一致后閉合開關，通過1 口干結點將電網(wǎng)狀態(tài)傳遞給DC/AC變流器，DC/AC變流器將獨立運行的電壓給定值設為電網(wǎng)電壓幅值并執(zhí)行由獨立到并網(wǎng)的切換。
[0023]本發(fā)明的光儲一體化發(fā)電系統(tǒng)可以對系統(tǒng)中光伏發(fā)電及儲能裝置容量進行靈活配置，控制發(fā)電系統(tǒng)在多種模式下工作，從而能夠根據(jù)電網(wǎng)狀況、環(huán)境狀況以及發(fā)電系統(tǒng)本身的狀況靈活地控制整個發(fā)電系統(tǒng)的運行模式，實現(xiàn)更加高效同時穩(wěn)定的運行。
【附圖說明】
[0024]圖1光儲一體化發(fā)電單元的組成；
[0025]圖2光儲微電網(wǎng)典型應用系統(tǒng)；
[0026]圖3能量管理系統(tǒng)控制策略流程圖；
[0027]圖4微電網(wǎng)運行模式判斷流程圖；
[0028]圖5 DC/AC變流器的運行模式框圖。
【具體實施方式】
[0029]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步