本發(fā)明涉及光伏發(fā)電領(lǐng)域，具體涉及一種儲(chǔ)能系統(tǒng)及控制方法。

背景技術(shù)：

光伏發(fā)電是在一定條件下使太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)化為電能的過(guò)程，在轉(zhuǎn)化過(guò)程中，沒(méi)污染和噪聲，因此作為一種清潔環(huán)保和可再生的分布式發(fā)電方式被各國(guó)大力的推廣應(yīng)用。光伏發(fā)電產(chǎn)生的電流有時(shí)候不能被完全消納，為了防止能源的浪費(fèi)需要被儲(chǔ)存?zhèn)溆?。但是，被?chǔ)存的電能往往無(wú)法及時(shí)被利用或者重新利用的效率較低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種儲(chǔ)能系統(tǒng)及控制方法，不僅能夠及時(shí)消納光伏發(fā)電中產(chǎn)生的多余電量，同時(shí)，在配電網(wǎng)計(jì)劃停電及非計(jì)劃停電的情況下，儲(chǔ)能系統(tǒng)可自動(dòng)無(wú)縫切換成離網(wǎng)工作模式，保證負(fù)載不間斷供電。

本發(fā)明的一種儲(chǔ)能系統(tǒng)，包括：由多個(gè)太陽(yáng)能電池板并聯(lián)構(gòu)成的PV陣列、光伏逆變器、STS智能切換柜、用于將直流電和交流電自動(dòng)轉(zhuǎn)換的雙級(jí)儲(chǔ)能變流器、PC后臺(tái)控制系統(tǒng)；

所述PV陣列通過(guò)所述光伏逆變器將產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)化為交流電傳送給所述總線，電網(wǎng)同時(shí)并入所述總線，所述電網(wǎng)與所述總線之間設(shè)有電路控制開(kāi)關(guān)，所述STS智能切換柜設(shè)在所述雙級(jí)儲(chǔ)能變流器與所述總線的并網(wǎng)點(diǎn)之間，與所述雙級(jí)儲(chǔ)能變流器連接有儲(chǔ)能電池，所述總線上還接入有交流負(fù)載，所述PC后臺(tái)控制系統(tǒng)分別與所述光伏逆變器、雙級(jí)儲(chǔ)能變流器以及電路控制開(kāi)關(guān)通信連接。

進(jìn)一步地，所述光伏逆變器為無(wú)變壓器逆變器。

進(jìn)一步地，所述PV陣列設(shè)在由低鐵玻璃制成的保護(hù)殼內(nèi)，所述保護(hù)殼的底部設(shè)有供所述PV陣列根據(jù)太陽(yáng)光照射角度轉(zhuǎn)動(dòng)的支撐架，所述保護(hù)殼的內(nèi)壁上設(shè)有大功率光源。

進(jìn)一步地，所述交流負(fù)載包括向動(dòng)力電池提供電源的充電機(jī)，所述PC后臺(tái)控制系統(tǒng)與所述充電機(jī)通信連接。

進(jìn)一步地，所述雙級(jí)儲(chǔ)能變流器包括高壓電池組用儲(chǔ)能變流器和低壓電池組用儲(chǔ)能變流器，其中，所述低壓電池組用儲(chǔ)能變流器與所述低壓電池組一對(duì)一連接充放電。

進(jìn)一步地，所述STS智能切換柜的內(nèi)部線路結(jié)構(gòu)包括：總線接口、進(jìn)線開(kāi)關(guān)、STS智能切換柜、儲(chǔ)能進(jìn)線開(kāi)關(guān)、負(fù)荷開(kāi)關(guān)以及維修開(kāi)關(guān)，所述進(jìn)線開(kāi)關(guān)與所述STS智能切換柜串聯(lián)并構(gòu)成干路，所述負(fù)荷開(kāi)關(guān)與所述儲(chǔ)能進(jìn)線開(kāi)關(guān)并聯(lián)后與所述干路串聯(lián)，所述維修開(kāi)關(guān)與所述STS智能切換柜并聯(lián)。

本發(fā)明還提供了一種儲(chǔ)能系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟：

步驟1)所述PV陣列通過(guò)所述光伏逆變器將產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)化為與總線電壓同幅值、同頻、同相的交流電傳送給總線，與所述總線連接的交流負(fù)載消納所述交流電，單位時(shí)間內(nèi)，未被消納的所述交流電通過(guò)所述雙級(jí)儲(chǔ)能變流器轉(zhuǎn)換成直流電存儲(chǔ)進(jìn)所述儲(chǔ)能電池內(nèi)；

步驟2)所述PC后臺(tái)控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)接收所述光伏逆變器傳送的電流值，并通過(guò)采集的所述電流值調(diào)控所述光伏逆變器的輸出頻率，當(dāng)所述總線中的電流值小于預(yù)設(shè)的第一閾值時(shí)，所述PC后臺(tái)控制系統(tǒng)控制所述電路控制開(kāi)關(guān)閉合，所述電網(wǎng)與PV板陣列協(xié)同向所述總線供電或者由電網(wǎng)單獨(dú)向所述總線供電；

步驟3)當(dāng)所述總線的電量值小于預(yù)設(shè)的第二閾值時(shí)，所述STS智能切換柜啟動(dòng)所述雙級(jí)儲(chǔ)能變流器將所述儲(chǔ)能電池內(nèi)的直流電導(dǎo)出轉(zhuǎn)換成交流電供給所述總線。

進(jìn)一步地，步驟3)中，當(dāng)所述第二閾值為0時(shí)，所述雙級(jí)儲(chǔ)能變流器自動(dòng)將所述儲(chǔ)能電池內(nèi)的直流電導(dǎo)出轉(zhuǎn)換成交流電供給所述總線；

當(dāng)所述總線中的電流值大于交流負(fù)載的消納值時(shí)，剩余電量被繼續(xù)存儲(chǔ)在所述儲(chǔ)能電池內(nèi)，所述儲(chǔ)能電池停止向所述總線供電。

本發(fā)明提供的一種儲(chǔ)能系統(tǒng)及控制方法，通過(guò)光伏發(fā)電、電網(wǎng)以及儲(chǔ)能系統(tǒng)的多方協(xié)同配合向總線供電，以滿足總線的用電量需求，本發(fā)明中的總線為380V交流母線。當(dāng)總線中存在未被交流負(fù)載消納的富余電量時(shí)，直接通過(guò)雙級(jí)儲(chǔ)能變流器存儲(chǔ)在儲(chǔ)能電池中備用，這樣不僅能夠及時(shí)消納光伏發(fā)電中產(chǎn)生的多余電量，同時(shí)，在配電網(wǎng)計(jì)劃停電及非計(jì)劃停電的情況下，儲(chǔ)能系統(tǒng)可自動(dòng)無(wú)縫切換成離網(wǎng)工作模式，保證負(fù)載不間斷供電。同時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)還能在平谷時(shí)段進(jìn)行充電，在用電高峰時(shí)段通過(guò)STS智能切換柜啟動(dòng)雙級(jí)儲(chǔ)能變流器將儲(chǔ)能電池中的電量放電回饋電網(wǎng)，以降低電網(wǎng)在用電高峰時(shí)段的波動(dòng)，達(dá)到削峰填谷的目的。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明提供的一種儲(chǔ)能系統(tǒng)的框架示意圖；

圖2為本發(fā)明提供的儲(chǔ)能系統(tǒng)中雙級(jí)儲(chǔ)能變流器與高壓電池組以及低壓電池組之間的連接關(guān)系示意圖；

圖3為本發(fā)明提供的一種儲(chǔ)能系統(tǒng)中的STS智能切換柜內(nèi)部線路圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。

本發(fā)明的一種儲(chǔ)能系統(tǒng)，如圖1所示，包括：由多個(gè)太陽(yáng)能電池板并聯(lián)構(gòu)成的PV陣列、光伏逆變器、STS智能切換柜、用于將直流電和交流電自動(dòng)轉(zhuǎn)換的雙級(jí)儲(chǔ)能變流器、PC后臺(tái)控制系統(tǒng)；

所述PV陣列通過(guò)所述光伏逆變器將產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)化為交流電傳送給所述總線，電網(wǎng)同時(shí)并入所述總線，所述電網(wǎng)與所述總線之間設(shè)有電路控制開(kāi)關(guān)，所述STS智能切換柜設(shè)在所述雙級(jí)儲(chǔ)能變流器與所述總線的并網(wǎng)點(diǎn)之間，與所述雙級(jí)儲(chǔ)能變流器連接有儲(chǔ)能電池，所述總線上還接入有交流負(fù)載，所述PC后臺(tái)控制系統(tǒng)分別與所述光伏逆變器、雙級(jí)儲(chǔ)能變流器以及電路控制開(kāi)關(guān)通信連接。

其中，雙級(jí)儲(chǔ)能變流器(PCS)由DC/AC雙向變流器、控制單元等構(gòu)成。PCS控制器通過(guò)通訊接收后臺(tái)控制指令，根據(jù)功率指令的符號(hào)及大小控制變流器對(duì)電池進(jìn)行充電或放電，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)有功功率及無(wú)功功率的調(diào)節(jié)。PCS控制器通過(guò)CAN接口與BMS通訊，獲取電池組狀態(tài)信息，可實(shí)現(xiàn)對(duì)電池的保護(hù)性充放電，確保電池運(yùn)行安全。

如圖2所示，本發(fā)明中，使用的雙級(jí)儲(chǔ)能變流器包括高壓電池組用儲(chǔ)能變流器和低壓電池組用儲(chǔ)能變流器，其中，低壓電池組用儲(chǔ)能變流器與低壓電池一對(duì)一連接。對(duì)于高壓電池組用的PCS為型號(hào)為GMPS2-50KS，低壓電池組用的PCS型號(hào)為GEatom306KHF。同時(shí)，該雙級(jí)儲(chǔ)能變流器具備對(duì)電池系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)的功能以及“黑啟動(dòng)”能力，所以在使用的不同不僅不需要單獨(dú)使用電池系統(tǒng)檢測(cè)設(shè)備，同時(shí)，能夠保證在突然整個(gè)電網(wǎng)斷電的時(shí)刻，在短時(shí)間內(nèi)自動(dòng)執(zhí)行“黑啟動(dòng)”，保證電路的正常運(yùn)行。

光伏逆變器為無(wú)變壓器逆變器。所述無(wú)變壓器逆變器為雙極±600VDC數(shù)據(jù)配置，采用可分離的兩極+600和-600VDC電池組數(shù)組實(shí)現(xiàn)直接轉(zhuǎn)換這項(xiàng)新技術(shù)，無(wú)需在低壓三相電網(wǎng)上配備變壓器。這種配置不僅提高了發(fā)電效率，而且不需要傳統(tǒng)上所要求使用的逆變器變壓器，降低了相關(guān)的系統(tǒng)平衡(BoS)成本，還避免了與單極配置有關(guān)的不必要的線路衰減。

如圖3所示，本發(fā)明中使用的STS智能切換柜為STS100K智能網(wǎng)切換柜。其內(nèi)部線路結(jié)構(gòu)包括：總線接口、進(jìn)線開(kāi)關(guān)、STS智能切換柜、儲(chǔ)能進(jìn)線開(kāi)關(guān)、負(fù)荷開(kāi)關(guān)以及維修開(kāi)關(guān)，所述進(jìn)線開(kāi)關(guān)與所述STS智能切換柜串聯(lián)并構(gòu)成干路，所述負(fù)荷開(kāi)關(guān)與所述儲(chǔ)能進(jìn)線開(kāi)關(guān)并聯(lián)后與所述干路串聯(lián)，所述維修開(kāi)關(guān)與所述STS智能切換柜并聯(lián)。

STS的主要作用是在一路輸入電源發(fā)生故障或需要檢修、測(cè)試時(shí)實(shí)現(xiàn)從一路電源到另一路電源之間真正地不間斷地轉(zhuǎn)換,禁止接入兩路會(huì)產(chǎn)生回流的輸入電源。STS可以通過(guò)控制面板設(shè)定其中任意一路輸入電源為主電源，另一路輸入電源為備用電源。只有在主電源故障或手動(dòng)復(fù)位的情況下，STS才會(huì)自動(dòng)在8ms內(nèi)從主電源切換到備用電源。STS的兩路靜態(tài)開(kāi)關(guān)是嚴(yán)格互鎖，STS內(nèi)還裝有手動(dòng)旁路開(kāi)關(guān)，在STS需要檢修時(shí)，可以手動(dòng)地將輸入電源切換到旁路開(kāi)關(guān)。進(jìn)行手動(dòng)轉(zhuǎn)換時(shí)可保證輸出不間斷。

STS的所有的轉(zhuǎn)換都是快速的先斷后合，主備電源之間不會(huì)產(chǎn)生沖擊電流，所有的轉(zhuǎn)換都在小于8ms的時(shí)間內(nèi)完成。

正常工作狀態(tài)下，在主電源處于正常的電壓范圍內(nèi)，負(fù)載一直連接于主電源。在主電源發(fā)生故障時(shí)，負(fù)載自動(dòng)切換到備用電源，主電源恢復(fù)正常后，負(fù)載又自動(dòng)切換到主電源。

當(dāng)STS感應(yīng)的負(fù)載電流超過(guò)預(yù)先設(shè)定的過(guò)流值時(shí)，表示有沖擊電流或者過(guò)載，這時(shí)即使主電源電壓超出正常的電壓范圍，STS也不發(fā)生轉(zhuǎn)換。在負(fù)載電流恢復(fù)到正常值時(shí)，過(guò)流抑制模式自動(dòng)復(fù)位，STS恢復(fù)到正常的工作模式。

在備用電源電壓處于正常的電壓范圍內(nèi)，且備用電源與主電源間的相位差處于允許的范圍內(nèi)。STS可以手動(dòng)地在兩路電源之間進(jìn)行切換。為了保證負(fù)載電源供給不中斷，在負(fù)載連接的電源中斷時(shí)，STS將自動(dòng)在8ms內(nèi)轉(zhuǎn)換到另一路電源。緊急轉(zhuǎn)換優(yōu)先任何轉(zhuǎn)換或者抑制。

PV陣列通過(guò)所述光伏逆變器將產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)化為與總線電壓同幅值、同頻、同相的交流電傳送給總線，向總線供電。

當(dāng)該系統(tǒng)設(shè)在換電站中，總線上的負(fù)載包括充電機(jī)和其他的交流負(fù)載。當(dāng)在用電高峰期，比如上下班時(shí)間或者節(jié)假日期間，耗電量較多，需要較大量地進(jìn)行動(dòng)力電池充換電，此時(shí)，有可能光伏發(fā)電的發(fā)電量不能完全供應(yīng)總線的耗電量，需要電網(wǎng)向總線同時(shí)輔助供電，以滿足總線的需求。此時(shí)，在STS智能切換柜中系統(tǒng)設(shè)置，當(dāng)總線中的電流量值小于預(yù)設(shè)的特定閾值或者閾值范圍時(shí)，STS智能切換柜直接進(jìn)行電路轉(zhuǎn)換，或者啟動(dòng)儲(chǔ)能系統(tǒng)中的儲(chǔ)能電池向總線供電，同時(shí)也可以電網(wǎng)同時(shí)協(xié)助光伏發(fā)電一起向總線供電，三相電路一起向總線供電，以達(dá)到削峰填谷的目的。

或者當(dāng)在陰雨天氣，光伏發(fā)電無(wú)法實(shí)現(xiàn)，此時(shí)，需要完全依靠電網(wǎng)向總線供電，可以提前設(shè)置PC后臺(tái)控制系統(tǒng)在陰雨天氣時(shí)自動(dòng)限制光伏逆變器的電流輸出最大值，單獨(dú)由電網(wǎng)向總線供電，或者，STS智能切換柜直接進(jìn)行電路轉(zhuǎn)換，通過(guò)啟動(dòng)PCS將儲(chǔ)能電池內(nèi)的存儲(chǔ)電量反饋給總線。

為了提高太陽(yáng)能電池板陣列對(duì)于太陽(yáng)光的接收利用率，同時(shí)能夠保護(hù)太陽(yáng)能電池板減少酸雨或者其它物質(zhì)對(duì)其的侵蝕和破壞，優(yōu)選可以將所述PV陣列設(shè)在由低鐵玻璃制成的保護(hù)殼內(nèi)，所述保護(hù)殼的底部設(shè)有供所述PV陣列根據(jù)太陽(yáng)光照射角度轉(zhuǎn)動(dòng)的支撐架，所述保護(hù)殼的內(nèi)壁上設(shè)有大功率光源。內(nèi)壁上設(shè)置的大功率光源從一定程度上能夠保證太陽(yáng)能電池板即使在光照較弱的短時(shí)間內(nèi)，也可以通過(guò)吸收這些光源所散發(fā)的熱量進(jìn)而保證一定的發(fā)電量，比如保證一個(gè)小型用戶的用電需求。這些大功率光源可以是照明裝置。

所述交流負(fù)載包括向動(dòng)力電池提供電源的充電機(jī)，所述PC后臺(tái)控制系統(tǒng)與所述充電機(jī)通信連接。同時(shí)還可以包括其它的交流負(fù)載，也均可以使用所述總線中的交流電。

本發(fā)明還提供一種儲(chǔ)能系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟：

步驟1)所述PV陣列通過(guò)所述光伏逆變器將產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)化為與總線電壓同幅值、同頻、同相的交流電傳送給總線，與所述總線連接的交流負(fù)載消納所述交流電，單位時(shí)間內(nèi)，未被消納的所述交流電通過(guò)所述雙級(jí)儲(chǔ)能變流器轉(zhuǎn)換成直流電存儲(chǔ)進(jìn)所述儲(chǔ)能電池內(nèi)；

步驟2)所述PC后臺(tái)控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)接收所述光伏逆變器傳送的電流值，并通過(guò)采集的所述電流值調(diào)控所述光伏逆變器的輸出頻率，當(dāng)所述總線中的電流值小于預(yù)設(shè)的第一閾值時(shí)，所述PC后臺(tái)控制系統(tǒng)控制所述電路控制開(kāi)關(guān)閉合，所述電網(wǎng)與PV板陣列協(xié)同向所述總線供電或者由電網(wǎng)單獨(dú)向所述總線供電；

步驟3)當(dāng)所述總線的電量值小于預(yù)設(shè)的第二閾值時(shí)，所述STS智能切換柜啟動(dòng)所述雙級(jí)儲(chǔ)能變流器將所述儲(chǔ)能電池內(nèi)的直流電導(dǎo)出轉(zhuǎn)換成交流電供給所述總線，或者說(shuō)當(dāng)?shù)诙撝禐?時(shí)，所述雙級(jí)儲(chǔ)能變流器自動(dòng)將所述儲(chǔ)能電池內(nèi)的直流電導(dǎo)出轉(zhuǎn)換成交流電供給所述總線，也就是具備有“黑啟動(dòng)”功能。

當(dāng)所述總線中的電流值大于交流負(fù)載的消納值時(shí)，剩余電量被繼續(xù)存儲(chǔ)在所述儲(chǔ)能電池內(nèi)，所述儲(chǔ)能電池停止向所述總線供電。

以上，雖然說(shuō)明了本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施方式，但是這些實(shí)施方式只是作為例子提出的，并非用于限定本發(fā)明的范圍。對(duì)于這些新的實(shí)施方式，能夠以其他各種方式進(jìn)行實(shí)施，在不脫離本發(fā)明的要旨的范圍內(nèi)，能夠進(jìn)行各種省略、置換、及變更。這些實(shí)施方式和其變形，包含于本發(fā)明的范圍和要旨中的同時(shí)，也包含于權(quán)利要求書(shū)中記載的發(fā)明及其均等范圍內(nèi)。