[發明專利]一種光伏電源混合儲能系統

有效

• 申請號: 201310147371.8
• 申請日: 2013-04-25
• 公開（公告）號: CN103236747A
• 公開（公告）日: 2013-08-07
• 發明（設計）人: 張建成;劉漢民;張改利
• 申請（專利權）人: 華北電力大學（保定）;國家電網公司;國網新源張家口風光儲示范電站有限公司
• 主分類號: H02J15/00
• 分類號: H02J15/00;H02J7/35;H02J3/38
• 代理公司: 石家莊冀科專利商標事務所有限公司 13108
• 代理人: 李羨民;高錫明

技術領域

本發明涉及一種用于光伏發電系統運行狀態調整的混合儲能系統，屬于發電技術領域。

背景技術

太陽能光伏發電是一種有效利用太陽能的方式，具有運行過程中不消耗一次能源、無污染、無噪聲、建設規?？纱罂尚〉葍瀯荨５牵夥l電系統同時具有所產生的電能質量較差和運行過程中光能利用率較低的缺點，影響了光伏發電技術的實際應用。出現這些問題的主要原因是光伏電池的發電能力會隨著陽光照度的變化而同方向非線性改變，隨著溫度的變化而反方向變化，并且只有當其發電能力與負載相匹配時才能輸出最大功率。由于負載的變化情況完全由用戶決定，而光伏電源的輸出電壓會隨著負載的變化而大幅度改變，所以依靠光伏電源自身無法滿足常規電力用戶對供電電能質量的要求。光伏電源的這種發電能力隨自然環境變化而非線性改變以及發電能力與負載無法匹配的特征，導致了系統運行過程中光能利用率很低，光伏電能成本較高。解決上述問題的一種有效方法是在光伏發電系統中安裝一定容量的儲能裝置，利用儲能裝置提高光伏發電系統的供電電能質量和運行過程中的光能利用率。

目前的光伏發電系統一般采用蓄電池組進行儲能，當發電系統能量充足時，光伏電源為儲能蓄電池組充電，并為電力用戶供電或向電網輸送電能（聯網運行方式）；當發電系統能量不足或無法發電時，蓄電池組放電為電力用戶或電網繼續提供電能。采用蓄電池組進行儲能存在一定的缺陷，首先蓄電池內部存在電化學反應，充放電速度慢；其次蓄電池充放電次數有限，使用壽命短，廢棄的蓄電池會對環境造成污染，經常更換蓄電池還會使得光伏電能成本進一步增大。因此，一些研究人員提出了將飛輪儲能技術、超級電容器儲能技術、超導儲能等技術應用于光伏發電系統，這些儲能技術均具有使用壽命長、功率密度大、充放電速度快和無環境污染的優點，但是它們又都存在儲能密度低和成本較高的缺點，完全取代蓄電池組在工程實際中很難實現。近幾年，一些研究人員從提高蓄電池的使用壽命出發提出了將蓄電池和超級電容器通過電抗器并聯組成混合儲能系統的方法，并進行了以提高蓄電池使用壽命為目標的運行過程仿真研究和部分實驗研究，獲得了對提高蓄電池壽命有益的結論。事實上，光伏發電系統安裝地區連續幾天陽光明媚或陰雨連綿的情況時有發生，單純依靠超級電容器和蓄電池組滿足長時間持續充電或放電的需求，從儲能系統的投資利用率方面考慮很不合算。因此，如何用最經濟的方法提高混合儲能系統持續充電或放電的時間、提高光伏發電系統供電電能質量，就成為有關技術人員目前所面臨的難題。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術之弊端，提供一種儲能量大、循環壽命長、響應速度快、功率吞吐能力強、投資少而且持續充電或放電時間長的光伏電源混合儲能系統。

本發明所述問題是以下述技術方案實現的：

一種光伏電源混合儲能系統，構成中包括超級電容器、蓄電池組、后備儲能系統、三個儲能電感、六個帶有反并聯快恢復二極管的IGBT和狀態監控器，所述超級電容器與第一儲能電感串接后一端接光伏電源直流母線負極，另一端分別經第一IGBT和第二IGBT接光伏電源直流母線的負極和正極，所述蓄電池組與第二儲能電感串接后一端接光伏電源直流母線負極，另一端分別經第三IGBT和第四IGBT接光伏電源直流母線的負極和正極，所述后備儲能系統與第三儲能電感串接后一端接光伏電源直流母線負極，另一端分別經第五IGBT和第六IGBT接光伏電源直流母線的負極和正極；

所述光伏電源混合儲能系統按如下方式運作：

在光伏發電系統運行過程中，狀態監控器實時檢測光伏電源的直流母線電壓、超級電容器電壓、蓄電池組電壓和后備儲能系統電壓，并根據各電壓的監測值按以下方法調整混合儲能系統的運行狀態:

若光伏電源的直流母線電壓在其額定值U_N的98%～102%范圍以內，則原有控制狀態不變；

當光伏電源的直流母線電壓低于其額定值U_N的98%時，若混合儲能系統當前為充電狀態，則減小儲能系統的充電功率；若混合儲能系統當前不是充電狀態，則進行發電控制，使儲能系統向光伏電源的直流母線傳輸的功率增大；

當光伏電源的直流母線電壓高于其額定值U_N的102%時，若混合儲能系統當前為發電狀態，則減小混合儲能系統的發電功率；若混合儲能系統當前不是發電狀態則進行充電控制，使光伏電源向儲能系統的充電功率增大。