一種光儲(chǔ)一體化離網(wǎng)系統(tǒng)及其多級(jí)優(yōu)化控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光伏發(fā)電領(lǐng)域的系統(tǒng)及方法，具體講涉及一種光儲(chǔ)一體化離網(wǎng)系統(tǒng)及其多級(jí)優(yōu)化控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽(yáng)能資源沒(méi)有地域限制，分布廣泛且取之不盡，用之不竭。太陽(yáng)能電池組件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，重量輕，便于運(yùn)輸和安裝，光伏發(fā)電系統(tǒng)建設(shè)周期短，而用根據(jù)用電負(fù)荷容量可大可小，方便靈活，極易組合、擴(kuò)容的特點(diǎn)；同時(shí)，太陽(yáng)能光伏發(fā)電的過(guò)程沒(méi)有機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部件，不需要冷卻水也不消耗燃料，并且不排放包括溫室氣體在內(nèi)的任何物質(zhì)，具有無(wú)噪聲、無(wú)污染、性能穩(wěn)定可靠，使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。因此，與其它新型發(fā)電技術(shù)相比，太陽(yáng)能光伏發(fā)電是一種理想的離網(wǎng)供電技術(shù)。
[0003]光伏發(fā)電隨外部條件的變化而變化，表現(xiàn)出間歇性和隨機(jī)性等特點(diǎn)，使得電源僅依靠自身的調(diào)節(jié)能力難以滿足負(fù)荷的功率平衡，從而造成了光伏發(fā)電和電力負(fù)荷二者之間的不匹配；需要其他電源或儲(chǔ)能裝置的配合以提供支持和備用。
[0004]儲(chǔ)能裝置主要用于平緩光伏電能與負(fù)荷之間的不匹配，為了保證系統(tǒng)能夠自治運(yùn)行，系統(tǒng)通常采用儲(chǔ)能裝置將白天多余的光伏電能存儲(chǔ)起來(lái)，在夜晚釋放以保證系統(tǒng)供電連續(xù)。
[0005]現(xiàn)有的離網(wǎng)供電系統(tǒng)多以間歇式可再生能源為主，例如光伏和風(fēng)電。這些可再生能源的波動(dòng)性和間歇性導(dǎo)致其供電質(zhì)量不穩(wěn)定；以風(fēng)電機(jī)組為主的離網(wǎng)供電系統(tǒng)，需要定期進(jìn)行維護(hù)；以光伏為主的離網(wǎng)供電系統(tǒng)，多采用兩級(jí)變流器，即包含DC/DC變流器和DC/AC變流器，能量轉(zhuǎn)換效率低；以光伏為主的離網(wǎng)供電系統(tǒng)，在輸出功率大于負(fù)荷所需功率時(shí)，多采用非MPPT模式，即減少光伏系統(tǒng)輸出的方式，不能達(dá)到對(duì)清潔能源的最大利用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供了一種光儲(chǔ)一體化離網(wǎng)系統(tǒng)及其多級(jí)優(yōu)化控制方法。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案:
[0008]一種光儲(chǔ)一體化離網(wǎng)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括通過(guò)DC/AC變流器相連的交流母線和直流母線；其改進(jìn)之處在于:所述直流母線連接光伏系統(tǒng)和電池儲(chǔ)能系統(tǒng)；
[0009]所述直流母線和交流母線分別連接直流負(fù)荷和交流負(fù)荷。
[0010]進(jìn)一步的，所述直流母線通過(guò)防逆流裝置與所述光伏系統(tǒng)連接；
[0011]所述防逆流裝置為防止電池系統(tǒng)的電流反過(guò)來(lái)向光伏系統(tǒng)倒送，避免光伏組件因發(fā)熱而損壞的裝置。
[0012]進(jìn)一步的，所述直流負(fù)荷包括與所述直流母線直接連接的負(fù)荷和通過(guò)直流負(fù)荷開(kāi)關(guān)與所述直流母線連接的負(fù)荷；
[0013]所述交流負(fù)荷包括與所述交流母線直接連接的負(fù)荷和通過(guò)交流負(fù)荷開(kāi)關(guān)與所述交流母線連接的負(fù)荷。
[0014]進(jìn)一步的，所述直流負(fù)荷開(kāi)關(guān)為切出與其相連的直流負(fù)荷保證所述與所述直流母線直接連接的負(fù)荷供電的裝置；
[0015]所述交流負(fù)荷開(kāi)關(guān)為切出與其相連的交流負(fù)荷保證所述與所述交流母線直接連接的負(fù)荷供電的裝置。
[0016]一種應(yīng)用于權(quán)利要求1所述的光儲(chǔ)一體化離網(wǎng)系統(tǒng)的多級(jí)優(yōu)化控制方法，其改進(jìn)之處在于:所述方法包括光伏系統(tǒng)優(yōu)化控制方法、電池儲(chǔ)能系統(tǒng)優(yōu)化控制方法和電力負(fù)荷優(yōu)化控制方法。
[0017]進(jìn)一步的，所述光伏系統(tǒng)優(yōu)化控制方法包括以下步驟:
[0018]1、判斷所述離網(wǎng)系統(tǒng)電能供需是否平衡，若平衡則結(jié)束控制，若不平衡則進(jìn)入步驟II ；
[0019]I1、判斷是否需要增大電能供應(yīng)，若需要增大電能供應(yīng)則進(jìn)入步驟III，若需減小電能供應(yīng)則進(jìn)入步驟IV ；
[0020]II1、判斷光伏系統(tǒng)是否運(yùn)行在非MPPT模式，若光伏系統(tǒng)運(yùn)行在所述非MPPT模式，則調(diào)整所述儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)入MPPT模式以增大光伏系統(tǒng)輸出功率，否則進(jìn)行儲(chǔ)能系統(tǒng)調(diào)節(jié)電倉(cāng)泛;
[0021]IV、判斷所述光伏系統(tǒng)是否運(yùn)行在所述MPPT模式，若所述光伏系統(tǒng)運(yùn)行在所述MPPT模式，則調(diào)整為所述非MPPT模式以減小光伏系統(tǒng)輸出功率，若所述光伏系統(tǒng)運(yùn)行在所述非MPPT模式，則進(jìn)行儲(chǔ)能系統(tǒng)調(diào)節(jié)電能。
[0022]進(jìn)一步的，所述電池儲(chǔ)能系統(tǒng)優(yōu)化控制方法包括以下步驟:
[0023]1、根據(jù)所述光伏系統(tǒng)優(yōu)化控制方法判斷是否需要電池儲(chǔ)能系統(tǒng)調(diào)節(jié)電能供應(yīng)，若需要電池儲(chǔ)能系統(tǒng)調(diào)節(jié)則判斷是否需要增大電能供應(yīng)，若需要增大電能供應(yīng)時(shí)進(jìn)入步驟II;若需要減小電能供應(yīng)時(shí)則進(jìn)入步驟III;
[0024]I1、判斷所述電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的剩余容量是否達(dá)到下限，若未達(dá)到下限，則控制所述電池儲(chǔ)能系統(tǒng)放電以增大電能供應(yīng)，若達(dá)到下限，則進(jìn)行電力負(fù)荷調(diào)節(jié)；
[0025]II1、判斷所述電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的剩余容量是否達(dá)到上限，若未達(dá)到上限，則控制所述電池儲(chǔ)能系統(tǒng)充電以減小電能供應(yīng)，若達(dá)到上限，則進(jìn)行電力負(fù)荷調(diào)節(jié)。
[0026]進(jìn)一步的，所述電力負(fù)荷優(yōu)化控制方法包括以下步驟:
[0027]依據(jù)所述電池儲(chǔ)能系統(tǒng)優(yōu)化控制方法判斷是否需要電力負(fù)荷調(diào)節(jié)，若需要電力負(fù)荷調(diào)節(jié)則判斷是否需要增大電力負(fù)荷，若需要增大電力負(fù)荷再判斷通過(guò)負(fù)荷開(kāi)關(guān)與母線連接的負(fù)荷是否處于切出狀態(tài)，若所述通過(guò)負(fù)荷開(kāi)關(guān)與母線連接的負(fù)荷處于切出狀態(tài)，則投入所述通過(guò)負(fù)荷開(kāi)關(guān)與母線連接的負(fù)荷以增大電力負(fù)荷，若所述通過(guò)負(fù)荷開(kāi)關(guān)與母線連接的負(fù)荷未處于切出狀態(tài)，則切出光伏組件，當(dāng)需要減小電力負(fù)荷時(shí)則切出通過(guò)負(fù)荷開(kāi)關(guān)與母線連接的負(fù)荷。
[0028]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:
[0029]1、本發(fā)明的系統(tǒng)采用單級(jí)式變流器，即光伏系統(tǒng)和電池儲(chǔ)能系統(tǒng)直接通過(guò)直流母線連接到DC/AC變流器，減少了 DC/DC變流器，提高了能量轉(zhuǎn)換效率。
[0030]2、發(fā)明的系統(tǒng)采用了以電力二極管為主的防逆流裝置，防止光伏組件因電流到送而發(fā)熱損壞，提高了整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。
[0031]3、本發(fā)明的系統(tǒng)及其控制方法通過(guò)光伏系統(tǒng)優(yōu)化控制、電池儲(chǔ)能系統(tǒng)優(yōu)化控制和電力負(fù)荷優(yōu)化控制的多級(jí)優(yōu)化控制方法，能夠在保證電力負(fù)荷供電需求的同時(shí)，最大程度上的利用光伏能源，提高清潔能源的利用率。
【附圖說(shuō)明】
[0032]圖1本發(fā)明的光儲(chǔ)一體化離網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；
[0033]圖2本發(fā)明實(shí)施例光儲(chǔ)一體化離網(wǎng)系統(tǒng)多級(jí)優(yōu)化控制方法第一級(jí)光伏系統(tǒng)優(yōu)化控制；
[0034]圖3本發(fā)明實(shí)施例光儲(chǔ)一體化離網(wǎng)系統(tǒng)多級(jí)優(yōu)化控制方法第二級(jí)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)優(yōu)化控制；
[0035]圖4本發(fā)明實(shí)施例光儲(chǔ)一體化離網(wǎng)系統(tǒng)多級(jí)優(yōu)化控制方法第三級(jí)電力負(fù)荷優(yōu)化控制。
【具體實(shí)施方式】
[0036]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0037]如圖1所示，圖1為本發(fā)明的光儲(chǔ)一體化離網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，該系統(tǒng)包括光伏系統(tǒng)、電池儲(chǔ)能系統(tǒng)、電力負(fù)荷、防逆流裝置、直流負(fù)荷開(kāi)關(guān)、交流負(fù)荷開(kāi)關(guān)、DC/AC變流器、直流母線和交流母線。
[0038]電力負(fù)荷包括直流負(fù)荷和交流負(fù)荷。其中，直流負(fù)荷包括與直流母線直接連接的負(fù)荷和通過(guò)直流負(fù)荷開(kāi)關(guān)與直流母線連接的負(fù)荷。交流負(fù)荷包括與交流母線直接連接的負(fù)荷和通過(guò)交流負(fù)荷開(kāi)關(guān)與交流母線連接的負(fù)荷
[0039]國(guó)標(biāo)《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》將電力系統(tǒng)負(fù)荷分為三級(jí)，要求較為寬泛。在實(shí)際運(yùn)用中本發(fā)明中的負(fù)荷分配可以參考國(guó)標(biāo)的規(guī)定，也可根據(jù)不同負(fù)荷運(yùn)行需求靈活設(shè)定的。
[0040]例如，國(guó)標(biāo)中三級(jí)負(fù)荷是可以斷電的，但是采用本發(fā)明的離網(wǎng)供電系統(tǒng)后，可以將其設(shè)定為“與母線直接連接的負(fù)荷”而始終保持其供電穩(wěn)定。而可以切斷的負(fù)荷可以設(shè)定為“通過(guò)負(fù)荷開(kāi)關(guān)與母線連接的負(fù)荷”?？偠灾?，本申請(qǐng)的供電穩(wěn)定性高于國(guó)標(biāo)要求。
[0041]實(shí)際運(yùn)用中，居民用戶的負(fù)荷可以設(shè)定為“通過(guò)負(fù)荷開(kāi)關(guān)與母線連接的負(fù)荷”，因?yàn)樵陔娏S護(hù)中可以斷開(kāi)，而某些在國(guó)家或者一個(gè)地區(qū)(城市)的社會(huì)、政治、經(jīng)濟(jì)生活中占有重要地位，對(duì)其中斷供電將可能造成人身傷亡、較大環(huán)境污染、較大政治影響、較大經(jīng)濟(jì)損失、社會(huì)公共秩序嚴(yán)重混亂的用電單位或?qū)╇娍煽啃杂刑厥庖蟮挠秒妶?chǎng)所則設(shè)定為“與母線直接連接的負(fù)荷”，保證供電。當(dāng)然，實(shí)際應(yīng)用中，負(fù)荷的分級(jí)由不同系統(tǒng)中負(fù)荷的重要程度決定。
[0042]該系統(tǒng)的交流母線和直流母線通過(guò)DC/AC變流器相連；直流母線連接光伏系統(tǒng)和電池儲(chǔ)能系統(tǒng)；直流母線和交流母線分別連接直流負(fù)荷和交流負(fù)荷。所述光伏系統(tǒng)通過(guò)防逆流裝置連接直流母線；所述電池儲(chǔ)能系統(tǒng)直接連接直流母線。
[0043]所述直流負(fù)荷包括與所述直流