[发明专利]多象限光伏储能、逆变一体化装置

说明书

技术领域

本发明属于光伏并网控制技术领域，涉及多象限光伏储能、逆变一体化装置。

背景技术

太阳能等资源所固有的随机性和间歇性，决定了新能源规模化发展必然会对电网安全稳定运行带来显著影响，必须有先进的储能逆变一体化技术作支撑。储能逆变一体化技术在很大程度上解决了新能源发电的随机性、波动性问题，可以实现新能源发电的平滑输出，能有效调节新能源发电引起的电网电压、频率及相位的变化，使太阳能发电方便、可靠地并入常规电网。

国内已投入运行的光伏并网系统大部分都没有储能逆变一体化设计。随着我国投建光伏电站规模的扩大，其对电网造成的电能质量的影响及功率波动等问题将更加突出。为了提高电网对光伏发电系统的接纳能力，增强电网的兼容性，在光伏并网系统采用光伏储能逆变器一体化设计成为必然趋势。

目前，现有技术的储能系统并入光伏并网系统主要有交流侧并入和直流侧并入两种方式。

1.1、交流侧并入

从交流侧接入是将储能经逆变器接于光伏并网系统的交流侧，其原理图如图1所示。储能系统和光伏组件分别经并网逆变器接于系统交流侧，通过在交流侧统一调度和控制，以平滑光伏组件的输出，并将电能安全稳定的送入电网。

在交流侧连接方式下，光伏组件不能直接为储能系统充电，降低了光伏的利用率和储能系统的灵活性。

2.2、直流侧并入

从直流侧接入是指储能经光伏控制器接于系统直流侧，再经逆变器并入电网，其原理图如图2所示。光伏组件将电能存入储能系统，通过储能装置将电能稳定的送入电网。

光伏组件经光伏控制器，转换成稳定电能为储能系统充电，并以可控功率按需送入电网。这种接入方式主要针对电化学储能，具有更高的灵活性，储能系统对系统输出功率的平滑作用由储能的接入比例决定，其所需电池的容量较低，不需要复杂的控制。

直流侧连接方式由于光伏组件通过控制器和蓄电池连接，提高了储能系统的灵活性，但影响了光伏组件的最大工作点的工作效率。

发明内容

本发明针对现有光伏储能逆变一体化技术的不足，创新的提出了多象限光伏-储能逆变一体化装置。储能逆变一体化装置是基于多向限工作、多功率流向的一体化并网光伏发电装置。此装置通过直流母线功率并联的方式，将光伏能源与储能装置协调控制，灵活、高效的解决了光伏等新能源的不稳定性与高质量并网需求之间的矛盾。同时解决了光伏组件全天候应用等难题并兼顾了对接入点的有功功率和无功功率进行调节的多象限运行方式和灵活的实时调度功能，对提高系统的运行稳定性、提高供电的电能质量有着积极的作用。

本发明提供了一种多象限光伏储能、逆变一体化装置。系统功能框图如附图3所示，该一体化由光伏电池能量变换装置、储能电池双向能量变换装置和直流母线能量双向变换装置等装置组成，这三部分由内部直流母线互联在一起，实现多源协调控制，组合多种能源的输出模式，有效提高了光伏组件的弱光能量利用率和改善光伏能源的并网电能质量。，框图内功能模块为储能、逆变一体化装置中主要功能模块。

所述光伏电池能量变换装置包括：光伏电池电压采样电路、电流采样电路、桥式IGBT桥式模组和PWM控制板；

所述储能电池双向能量变换装置包括：储能电池管理控制器、桥式IGBT功率电路和PWM控制器；

所述直流母线能量双向变换装置包括：桥式IGBT模块、电压采样、电流采样电路和SPWM控制电路；

所述基于母线电压变化的一体化调度控制软件包括对上述实现光伏电池能量变换装置、储能电池双向能量变换装置、直流母线能量双向变换装置的三个装置之间的协调控制策略；

所述协调控制策略包括：当阳光较强时，光伏电池能量变换装置通过升压变换给直流母线提供稳定的直流电流，直流母线能量双向变换装置正向向电网输出同频、同相的交流电力；在满功率发电时，储能电池双向能量变换装置处于待机或浮充状态；在部分功率发电时，此时，光伏电池的一部分能量通过储能电池双向能量变换装置给储能电池充电；当阳光较弱时，储能电池双向变换装置正向变换和光伏电池能量变换装置一起维持直流母线电压稳定，以实现稳定的并网交流电力；在夜间无阳光时，光伏电池能量变换装置停止工作，直流母线能量双向变换装置反向从交流电网变换直流，以维持直流母线电压，储能电池双向能量变换装置反向从直流母线给储能电池充电；充满后，系统处于待机状态；同时，也有储能电池双向变换器单独给直流母线电压维持稳定，通过直流母线能量双向变换装置向交流电网输送同频、同相的交流电力；