一種光伏儲(chǔ)能電池發(fā)電系統(tǒng)及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光伏發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，特別是設(shè)及一種由單體光伏電池組件和儲(chǔ)能電池 單體構(gòu)成模組，再由模組串并聯(lián)構(gòu)成動(dòng)態(tài)拓?fù)涞墓夥鼉?chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 太陽(yáng)能是一種無(wú)處不在、資源豐富又無(wú)污染的新型能源。我國(guó)擁有豐富的太陽(yáng)能 資源，太陽(yáng)能年總福射量大于10504胖.11/1112的地區(qū)占國(guó)±面積的96%^上。由于太陽(yáng)能資 源充足、分布廣泛、安全清潔，而且太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換技術(shù)已日漸成熟，因此太陽(yáng)能被認(rèn)為是人類(lèi) 在21世紀(jì)代替?zhèn)鹘y(tǒng)化石能源的最佳選擇之一。由于太陽(yáng)能具有間歇性、波動(dòng)性等特點(diǎn)，與儲(chǔ) 能單元混合應(yīng)用被廣泛采用，其中光伏/裡電系統(tǒng)屬于典型應(yīng)用。對(duì)于光伏/裡電儲(chǔ)能發(fā)電 系統(tǒng)而言，目前其技術(shù)依舊沿襲光伏/鉛酸需電池儲(chǔ)能的發(fā)電模式。雖然光伏電池發(fā)電具有 諸多優(yōu)點(diǎn)，而且裡電池的安全性日益提高，但依舊遭受兩方面的困擾:一是由于光伏板單元 組合時(shí)，難W避免其部分光伏板區(qū)域受到陰影遮擋，光伏電池存在"陰影效應(yīng)"和"熱斑"問(wèn) 題，影響光伏電池使用壽命和能量利用率；另一方面是串并聯(lián)集中式儲(chǔ)能電池同樣面對(duì)著 均衡性和循環(huán)壽命等問(wèn)題。因而，需要尋求解決光伏/儲(chǔ)能電池發(fā)電系統(tǒng)新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、更 有效的管理方法，運(yùn)對(duì)促進(jìn)光伏裡電儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
[0003] 專(zhuān)利《太陽(yáng)能蓄電系統(tǒng)及太陽(yáng)能供電系統(tǒng)KCN201010612466.9)由多個(gè)相互串聯(lián) 的太陽(yáng)能蓄電模塊組成，每個(gè)蓄電模塊通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)裡電池單體的電壓，將其與負(fù)載所需 電壓W及自身裡電池單體的放電截止電壓進(jìn)行比較，將電壓信息轉(zhuǎn)為數(shù)字信息，隨后控制 裡電池在蓄電模塊中的切入切出，實(shí)現(xiàn)單個(gè)多個(gè)蓄電池模塊在整個(gè)太陽(yáng)能供電系統(tǒng)的切入 切出。在太陽(yáng)能供電系統(tǒng)中，專(zhuān)利CN201010612466.9解決了裡電池串聯(lián)引起的均衡性問(wèn)題。
[0004] 但是無(wú)論將太陽(yáng)能蓄電模塊如何串聯(lián)或并聯(lián)進(jìn)行組裝，當(dāng)整個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)中有 局部出現(xiàn)遮擋，都會(huì)使得局部光伏板受太陽(yáng)光照量相比其他光伏板少，使得局部光伏板無(wú) 法正常對(duì)裡電池進(jìn)行充電或?qū)ω?fù)載進(jìn)行供電，且存在光伏電池的"陰影效應(yīng)"和"熱斑"問(wèn) 題;且儲(chǔ)能電池組中的單體電池不一致性也一直是業(yè)內(nèi)難W有效解決的難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種光伏儲(chǔ)能電池發(fā)電系統(tǒng)及控制方法，能夠 實(shí)現(xiàn)光伏蓄電模組和串聯(lián)支路的合理投入切出，有效緩解了光伏電池的陰影效應(yīng)和儲(chǔ)能電 池組一致性問(wèn)題對(duì)光伏儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)的影響。
[0006] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種光伏儲(chǔ)能電池發(fā)電系統(tǒng)，所述系 統(tǒng)包括:光伏儲(chǔ)能電池模組、串聯(lián)支路控制器單元、系統(tǒng)控制器、DC/D對(duì)莫塊和直流母線；
[0007] 其中，所述光伏儲(chǔ)能電池模組包括光伏電池組件、儲(chǔ)能電池單體、開(kāi)關(guān)電路和模組 控制器，所述光伏電池組件和所述儲(chǔ)能電池單體通過(guò)所述開(kāi)關(guān)電路并聯(lián)，所述開(kāi)關(guān)電路連 接在所述模組控制器端口上并接受其控制指令，根據(jù)負(fù)載電壓需求串聯(lián)所述光伏儲(chǔ)能電池 模組形成串聯(lián)支路，再根據(jù)負(fù)載對(duì)電力電量的需求將串聯(lián)支路通過(guò)所述的DC/DC模塊相互 并聯(lián)；
[000引所述串聯(lián)支路控制器單元設(shè)置在所述串聯(lián)支路上;通過(guò)所述DC/DC模塊將串聯(lián)支 路并聯(lián)到所述直流母線上;所述系統(tǒng)控制器分別與光伏儲(chǔ)能電池模組、串聯(lián)支路控制器單 元和DC/D對(duì)莫塊相連接，管理整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)。
[0009] 進(jìn)一步的是，所述光伏儲(chǔ)能電池模組中光伏電池組件和儲(chǔ)能電池單體為并聯(lián)關(guān) 系;所述光伏電池組件和儲(chǔ)能電池單體參數(shù)匹配原則為所述儲(chǔ)能電池單體的正常工作電壓 根據(jù)所述光伏電池組件的最大功率點(diǎn)電壓而定，實(shí)現(xiàn)光伏電池組件的最大功率跟蹤;儲(chǔ)能 電池單體的容量根據(jù)光伏電池組件在規(guī)定周期內(nèi)的發(fā)電量而定;且光伏電池組件給儲(chǔ)能電 池單體充電時(shí)滿(mǎn)足最大充電倍率限制，使得儲(chǔ)能電池單體能充分和安全吸收光伏電池組件 電能。
[0010] 進(jìn)一步的是，所述DC/D對(duì)莫塊將串聯(lián)支路并聯(lián)到直流母線，保持直流母線的電壓等 級(jí)，并可為直流負(fù)載供電;所述直流母線上設(shè)置有直流穩(wěn)壓電容和直流母線電壓檢測(cè)模塊； 所述系統(tǒng)控制器包括輸出電壓檢測(cè)模塊、系統(tǒng)開(kāi)關(guān)控制器和系統(tǒng)開(kāi)關(guān)，所述系統(tǒng)開(kāi)關(guān)設(shè)置 在直流母線上，由所述系統(tǒng)開(kāi)關(guān)控制器控制系統(tǒng)開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的啟停;直流母線也可 W與逆變器相連，滿(mǎn)足交流負(fù)載的需求。
[0011] 進(jìn)一步的是，所述串聯(lián)支路相互并聯(lián)，并聯(lián)支路的數(shù)量根據(jù)負(fù)載最大功率而定，并 加入冗余量;所述串聯(lián)支路控制器單元包括串聯(lián)支路控制器和串聯(lián)支路開(kāi)關(guān)，所述串聯(lián)支 路開(kāi)關(guān)控制所述串聯(lián)支路的投入和切出；所述串聯(lián)支路的投入和切出，由串聯(lián)支路控制器 根據(jù)串聯(lián)支路的電壓和由系統(tǒng)控制器根據(jù)負(fù)載功率和母線電壓共同控制串聯(lián)支路開(kāi)關(guān)和 串聯(lián)支路中光伏儲(chǔ)能電池模組的投切，系統(tǒng)控制器控制命令優(yōu)先；系統(tǒng)控制器命令任意光 伏儲(chǔ)能電池模組退出系統(tǒng)時(shí)，光伏電池組件仍然可W給所在光伏儲(chǔ)能電池模組的儲(chǔ)能電池 單體充電；串聯(lián)支路的最小光伏儲(chǔ)能電池模組數(shù)由DC/DC模塊的工作電壓決定，最大串聯(lián)光 伏儲(chǔ)能電池模組數(shù)根據(jù)成本和可靠性設(shè)置一定的冗余度。
[0012] 進(jìn)一步的是，所述DC/D對(duì)莫塊輸入側(cè)設(shè)有電壓監(jiān)測(cè)單元，電壓監(jiān)測(cè)單元輸出端連接 至所述串聯(lián)模組控制器，由所述串聯(lián)模組控制器控制串聯(lián)支路中光伏儲(chǔ)能電池模組的投入 與切出，使串聯(lián)支路DC/DC模塊輸入電壓處于合理范圍。
[0013] 進(jìn)一步的是，模組控制器包括儲(chǔ)能電池檢測(cè)保護(hù)單元、光伏電池檢測(cè)單元和控制 單元，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)儲(chǔ)能電池單體和光伏電池組件的工作信號(hào)，由所述工作信號(hào)實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能 電池單體保護(hù)、光伏電池保護(hù)和光伏儲(chǔ)能電池模組投入與切出的控制。
[0014] 另一方面，本發(fā)明還提供了一種光伏儲(chǔ)能電池發(fā)電系統(tǒng)的控制方法，通過(guò)監(jiān)測(cè)光 伏電池組件和儲(chǔ)能電池單體的工作信號(hào)，控制光伏電池組件、儲(chǔ)能電池單體及光伏儲(chǔ)能電 池模組的切入與切出；通過(guò)監(jiān)測(cè)串聯(lián)支路電壓信號(hào)，控制光伏儲(chǔ)能電池模組的投入與切出； 通過(guò)監(jiān)測(cè)母線電壓和負(fù)載電流信號(hào)，控制串聯(lián)支路的投入與切出W及整個(gè)系統(tǒng)的啟停。
[0015] 進(jìn)一步的是，光伏儲(chǔ)能電池模組自由切入切出整個(gè)發(fā)電系統(tǒng);光伏儲(chǔ)能電池模組 切入系統(tǒng)時(shí)，由光伏電池組件和儲(chǔ)能電池單體同時(shí)為負(fù)載供電，光伏電池組件為負(fù)載供電 而儲(chǔ)能電池單體切出系統(tǒng)，光伏電池組件為負(fù)載供電而且為儲(chǔ)能電池單體充電或光伏電池 組件切出系統(tǒng)而儲(chǔ)能電池單體為負(fù)載供電；光伏儲(chǔ)能電池模組切出系統(tǒng)時(shí)，光伏儲(chǔ)能電池 模組中的光伏電池組件和儲(chǔ)能電池單體均切出系統(tǒng)，但在不過(guò)充的情況下光伏電池組件仍 然給儲(chǔ)能電池單體充電。
[0016] 進(jìn)一步的是，所述光伏儲(chǔ)能電池模組內(nèi)部光伏電池組件和儲(chǔ)能電池單體的的切入 與切出，當(dāng)儲(chǔ)能電池單體溫度處于正常范圍，且儲(chǔ)能電池單體端口電壓大于儲(chǔ)能電池單體 的放電截止電壓或儲(chǔ)能電池單體的端口電壓小于儲(chǔ)能電池單體的充電截止電壓，可令儲(chǔ)能 電池單體投入；當(dāng)光伏電池組件的開(kāi)路電壓大于儲(chǔ)能電池單體的端口電壓且溫度正常時(shí)， 令光伏電池組件投入；當(dāng)儲(chǔ)能電池單體溫度過(guò)高或儲(chǔ)能電池單體端口電壓小于儲(chǔ)能電池單 體放電截止電壓、儲(chǔ)能電池單體端口電壓大于儲(chǔ)能電池單體充電截止電壓或充放電電流持 續(xù)大于允許值，令儲(chǔ)能電池單體切出；當(dāng)光伏電池組件溫度過(guò)高、電流過(guò)小或出現(xiàn)反向電流 時(shí)，令光伏電池組件切出；當(dāng)光伏儲(chǔ)能電池模組中光伏電池組件和儲(chǔ)能電池單體同時(shí)切出， 光伏儲(chǔ)能電池模組內(nèi)部的旁路開(kāi)關(guān)閉合，否則旁路開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。
[0017] 進(jìn)一步的是，控制串聯(lián)支路的投入與切出方法為，當(dāng)所述串聯(lián)支路處于投入狀態(tài) 的光伏儲(chǔ)能電池模組的數(shù)量或支路低于DC/DC模塊工作范圍下限時(shí)，斷開(kāi)串聯(lián)支路開(kāi)關(guān)W 保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行;對(duì)于切出系統(tǒng)的串聯(lián)支路，當(dāng)檢測(cè)到光伏儲(chǔ)能電池模組串聯(lián)支路滿(mǎn)足 正常工作條件時(shí)，重新閉合串聯(lián)支路開(kāi)關(guān)使其投入運(yùn)行；當(dāng)DC/DC模塊輸入端電壓高于DC/ DC模塊的工作范圍上限時(shí)，則對(duì)已投入運(yùn)行的光伏儲(chǔ)能電池模組，根據(jù)儲(chǔ)能電池單體的電 壓值，由電壓值從低到高的順序通過(guò)串聯(lián)支路控制器單元逐個(gè)將串聯(lián)支路中的光伏儲(chǔ)能電 池模組切出系統(tǒng)，此時(shí)所切出的光伏儲(chǔ)能電池模組不向負(fù)載供電，但光伏儲(chǔ)能電池模組中 的光伏電池組件能夠?yàn)閮?chǔ)能電池單體充電；反之，當(dāng)DC/D對(duì)莫塊輸入端電壓接近工作范圍下 限時(shí)，則對(duì)已切出系統(tǒng)的光伏儲(chǔ)能電池模組，根據(jù)儲(chǔ)能電池單體的電壓值，由電壓值從高到 低的順序通過(guò)串聯(lián)支路控制器單元逐個(gè)將光伏儲(chǔ)能模組逐個(gè)投入系統(tǒng)，直到所在串聯(lián)支路 的DC/D對(duì)莫塊輸入端電壓接近上限。
[0018] 采用本技術(shù)方案的有益效果：
[0019] 本發(fā)明所提出的一種光伏儲(chǔ)能電池發(fā)電系統(tǒng)，通過(guò)光伏儲(chǔ)能電池模組的投入切 出，能夠?qū)崿F(xiàn)光伏儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)的能量管理;光伏儲(chǔ)能電池模組，可實(shí)現(xiàn)光伏電池組件與儲(chǔ) 能電池單體及其模組動(dòng)態(tài)靈活切入切出，并將模組串并聯(lián)，而且每個(gè)模組也可W從系統(tǒng)動(dòng) 態(tài)靈活切入切出，實(shí)現(xiàn)拓?fù)涞膭?dòng)態(tài)變化，構(gòu)成動(dòng)態(tài)拓?fù)涔夥鼉?chǔ)能智能發(fā)電系統(tǒng)，有效緩解了 光伏電池的"陰影效應(yīng)"，解決儲(chǔ)能電池組中各儲(chǔ)能電池單體的一致性問(wèn)題，無(wú)需對(duì)儲(chǔ)能電 池組進(jìn)行均衡管理。本發(fā)明所提出一種光伏儲(chǔ)能電池發(fā)電系統(tǒng)的控