[發(fā)明專利]一種基于超級電容儲能的船舶光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810044693.2
• 申請日: 2018-01-17
• 公開（公告）號: CN108347063B
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 袁成清;邱爰超;湯旭晶;唐金銳;孫玉偉;嚴新平
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/24
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 王丹;李欣榮

本發(fā)明提供一種基于超級電容儲能的船舶光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，平滑功率控制器根據(jù)光伏輸出功率與端電壓的正比關(guān)系，通過采集直流母線的電壓，經(jīng)含有功率前饋分量的恒電壓閉環(huán)控制策略控制第一超級電容對應(yīng)的雙向DC/DC整流器中IGBT的功率開關(guān)，使第一超級電容組對光伏高頻波動進行補償，實現(xiàn)平滑光伏輸出功率曲線目的；當DC/AC逆變器的輸出功率的瞬時突變量超過設(shè)定值時，突變補償控制器采用恒功率控制策略控制第二超級電容組對應(yīng)的雙向DC/DC整流器，使第二超級電容組以恒定功率進行補償，恒功率控制策略的參考功率值以設(shè)定階梯量順勢增加或者減小，實現(xiàn)將光伏并網(wǎng)功率瞬時大突變量轉(zhuǎn)化為若干階梯式小突變量，減小對船舶電網(wǎng)的沖擊。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于船舶太陽能應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于超級電容儲能的船舶光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著海洋環(huán)境污染問題的日益嚴峻，越來越多的船舶上開始采用光伏發(fā)電裝置作為柴油發(fā)電機組的替代電源，降低柴油發(fā)電機的燃油消耗量。但由于光伏發(fā)電系統(tǒng)的間歇性，其輸出功率受環(huán)境因素的影響較大，呈現(xiàn)出輸出功率波動頻繁和大功率突變的特性，給船舶電網(wǎng)帶來較大電流沖擊風險。而在實際應(yīng)用中，常匹配大容量的儲能系統(tǒng)并結(jié)合合理的控制策略來補償光伏的高頻波動和大功率突變，大容量的儲能系統(tǒng)為蓄電池或者飛輪儲能。

目前為止，船舶光伏發(fā)電系統(tǒng)以匹配大容量蓄電池儲能系統(tǒng)來補償光伏的高頻波動和大功率突變，但由于蓄電池本身的響應(yīng)速度比較慢，故多采用光伏恒動率并網(wǎng)的控制策略，繼而蓄電池的匹配容量要求十分巨大。例如2016年，我國在“中遠騰飛”輪汽車滾裝船上集成光伏的143kW并/離網(wǎng)混合供電系統(tǒng)，該系統(tǒng)匹配了652.8kWh鋰電池儲能系統(tǒng)，其總重量達6噸，考慮通風問題，需要至少30m²的安裝面積。再者，大容量的蓄電池儲能系統(tǒng)安全維護成本非常巨大，故障發(fā)生率較高，并且必須匹配獨立的七氟丙烷滅火系統(tǒng)。因此，造成蓄電池儲能系統(tǒng)占新能源發(fā)電裝置在船舶電力系統(tǒng)集成的總成本的34％以上的局面，嚴重制約了新能源在船舶上的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：提供一種基于超級電容儲能的船舶光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，能夠為降低光伏發(fā)電系統(tǒng)的間歇性對船舶電網(wǎng)的沖擊提供一個更好的解決方案。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案為：一種基于超級電容儲能的船舶光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，包括光伏電池板、光伏DC/DC整流器和儲能系統(tǒng)，光伏電池板經(jīng)光伏DC/DC整流器接入直流母線，儲能系統(tǒng)通過雙向DC/DC整流器接入直流母線，其特征在于：本發(fā)電系統(tǒng)還包括平滑功率控制器、突變補償控制器、DC/AC逆變器以及電壓傳感器和電流傳感器；所述的儲能系統(tǒng)為2組超級電容；直流母線通過DC/AC逆變器并入船舶電站匯流母線；

所述的平滑功率控制器，用于根據(jù)光伏輸出功率與光伏輸出端電壓的正比關(guān)系，通過采集直流母線的電壓，經(jīng)含有功率前饋分量的恒電壓閉環(huán)控制策略控制第一超級電容對應(yīng)的雙向DC/DC整流器中IGBT的功率開關(guān)，使第一超級電容組對光伏高頻波動進行補償，實現(xiàn)平滑光伏輸出功率曲線目的；

所述的突變補償控制器和第二超級電容組在正常工況下處于待命狀態(tài)；

所述的突變補償控制器，用于當DC/AC逆變器的輸出功率的瞬時突變量超過設(shè)定值時，采用恒功率控制策略控制第二超級電容組對應(yīng)的雙向DC/DC整流器，使第二超級電容組以恒定功率進行補償，恒功率控制策略的參考功率值以設(shè)定階梯量順勢增加或者減小，實現(xiàn)將光伏并網(wǎng)功率瞬時大突變量轉(zhuǎn)化為若干階梯式小突變量，減小對船舶電網(wǎng)的沖擊。

按上述方案，所述的第二超級電容組SOC為50％的電容量。

按上述方案，所述的第一超級電容組的容量根據(jù)光伏最大高頻突變補償量E_sc和突變持續(xù)時間t計算所得，其公式為：其中P₀、P₁分別為光伏突變前輸出功率和光伏突變后輸出功率，t為突變持續(xù)時間；第二超級電容組的容量根據(jù)設(shè)定的階梯突變量和整個光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)裝機容量計算所得。