[實用新型]一種光伏系統的混合儲能控制裝置

有效

• 申請號: 201720823753.1
• 申請日: 2017-07-07
• 公開（公告）號: CN207200618U
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 徐曉寧
• 申請（專利權）人: 天津理工大學
• 主分類號: H02S10/20
• 分類號: H02S10/20
• 代理公司: 天津市尚文知識產權代理有限公司12222
• 代理人: 陳利紅

(一)技術領域：

本實用新型涉及微電網或分布式發電系統領域，尤其是一種光伏系統的混合儲能控制裝置。

(二)背景技術：

隨著社會的進步和經濟的發展，人類對能源的需求日益增長。光伏能源作為一種可再生的清潔能源，正日益受到各國政府重視，得到了大力發展。然而，由于受光照強度、環境溫度等外部環境影響，導致光伏發電普遍存在著供用電不平衡的現象。因此，需要為光伏發電系統配備一定容量的儲能系統。

作為儲能部件，超級電容器和蓄電池是有著很大區別的：超級電容器直接儲能效率是非常高的，可以接近100％的理想值；而蓄電池需要化學轉換，在“標準充電”狀態下，轉換效率為1/1.5(10小時放電率要充電15小時)。實際運用中，超級電容器充、放電時的發熱量很小，而蓄電池的發熱相對較大。特別是大電流放電時，蓄電池的極板會變形，經常大電流放電還有可能使極板斷裂而報廢。“超級電容器和蓄電池混合儲能”要有隔離措施，否則會互相牽扯(兩者內阻不同，放電電壓不一樣，存在兩者“互充”現象使效率降低)。鋰電池其輕便，體積小，能量密度大，符合分布式發電對能量密度的要求。鋰電池的缺點在于，受電化學反應速率的影響，其功率密度較小，當負載功率突變時，很難滿足系統的動態要求。超級電容充放電時內部發生的是物理變化，功率密度大是超級電容的一大特點，可以瞬時提供較大功率，缺點在于其能量密度較低，因此鋰電池與超級電容在性能上互補性很強，自然可以考慮將兩者結合構成混合儲能系統，充分發揮兩者優勢，使系統性能大大提高。

(三)實用新型內容：

本實用新型的目的在于提供一種光伏系統的混合儲能控制裝置，它可以克服現有技術的不足，是一種將多種儲能方式結合在一起的結構簡單、容易實現、可操作性強的混合儲能控制裝置。

本實用新型的技術方案：一種光伏系統的混合儲能控制裝置，包括負載、直流母線、光伏發電單元，其特征在于它包括混合儲能單元、變換器單元、 PWM單元和控制器單元；其中，所述控制器單元由2個控制器模塊構成，分別是變換器單元控制器I和混合儲能單元充放電控制器模塊；所述混合儲能單元依變換器單元和PWM單元與直流母線呈雙向連接；所述混合儲能單元為負載供電；所述變換器單元控制器I采集混合儲能單元的充放電電流信號和直流母線電壓信號，對變換器單元進行工作模式的控制；所述混合儲能單元充放電控制器模塊的輸入端采集混合儲能單元的端電壓和充放電電流信號，對混合儲能單元進行充放電控制。

所述混合儲能單元是由鋰電池與超級電容構成，所述鋰電池是維持直流母線上能量供需平衡提供穩定直流母線電壓的V-f分布式電源；所述超級電容則可以在負載突變時為微網提供恒定的頻率，作為PQ分布式電源，減小負載突變對直流母線造成的沖擊；所述鋰電池與超級電容均依次通過變換器單元與直流母線相連。

所述變換器單元是DC-DC雙向變換器，也可以是由DC-AC變換器和 AC-DC變換器構成的變換器單元。

所述DC-DC雙向變換器是由開關管S1、開關管S2、二極管VD1、二極管VD2和電容C1構成；所述二極管VD1、二極管VD2分別并聯在開關管 S1、開關管S2的集電極和發射極兩端；所述電容C1并聯在相互串聯的開關管S1、開關管S2兩端；所述混合儲能單元可以等效成電容C、內阻R和電感L相互串聯的電路結構，一端連接在開關管S1、開關管S2的串聯中間點，另一端與電容C1連接；所述負載可以等效成電阻RL，并聯在電容C1兩端。

所述混合儲能器單元充放電控制模塊由三個控制器構成，分別記作控制器II、控制器III和控制器IV；所述控制器I采集鋰電池充放電電流和直流母線電壓，控制變換器單元工作于單端穩壓模式，穩定直流母線的電壓；所述控制器II采集超級電容端壓和充放電電流，以實現對超級電容充放電功率的控制，釋放或吸收突變功率的高頻信號給鋰電池，通過控制器IV控制鋰電池的充放電；所述控制器III在負載功率波動值小于設定的閾值時，采集超級電容的電流和端電壓，對超級電容進行恒壓限流充電控制；所述控制器IV對鋰電池進行充放電控制。

本實用新型的工作原理：

(1)由控制器I采集鋰電池充放電電流和直流母線電壓，并根據給定的直流母線電壓值控制變換器單元工作于單端穩壓模式，穩定直流母線的電壓；