[发明专利]一种电力分布式储能装置及其控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及电能的储存以及离网、并网逆变发电等领域，具体是指将太阳能、电网电能储存在储能器件(如电池组)中，在需要的时候再离网或并网逆变发电的一种控制系统。 

背景技术

随着世界人口的增加和人们继续追求更高标准的生活。对能源的需求将继续增加,所面临的挑战在于如何提供这种可靠的和可持续的能量来源，同时保持对环境的尊重。燃煤发电和其他的化石燃料能源是有限的资源，但是，它们也导致对环境的不良影响。虽然很明显，可再生能源在和传统的能量结合使用的时候，它肯定能发挥作用，但是也很明显，可再生资源不能立即取代传统能源，解决问题。 

可再生资源有一些缺点，一个主要的缺点是它对地理位置的依赖。例如，获得太阳能量的最佳位置在沙漠地区。然而，许多需要的客户不会驻留在这些干旱地区消费。风力发电也同样的面临着地理问题。最好的可利用的风能是在美国中西部和大平原，同样，大多数此能源消费者不在这些地区。可再生能源的另一个缺点是具有间歇性。当发生意外，风速下降时，燃煤电厂需要更多的额外能量去弥补发电量。然而，燃煤发电厂不能快速提升他们的原料补给以抵缺乏风能所消影响，因此，就需要能量存储系统和可再生能源配合使用，以抵消间歇性所造成的影响。 

电网面临的另一个问题是用电高峰问题。这个问题出现的时间是在能源需求量最大的时候，一般发生在下午5点至晚上7点这段时间，如在图1所示。在这几个小时内，发电厂必须增加能源补给以跟上能量需求的增长。在这几个小时里，电力设施所消耗的能量是昂贵的，这个过程成本很高。这些增加的价格通常是由商业和工业客户支付的。目前，大部分住宅客户支付的统一税率;然而，随着计量技术的改进，公用事业公司将对这个时间段的用电收取不同的费率价格。 

与此相反，在深夜和清晨，能源需求下降到远低于基线期间发电量，在这几个小时的电能很便宜实用，适合消费者购买。 

显然，需要一个储能装置来解决能量使用高峰期问题，和可再生资源间歇性问题。如图2所示，电池的能量存储系统（BES）的影响。一个有效的BES系统可以在能源消耗繁忙时期，和可再生资源间歇性时期提供额外的能量。分布式能源存储系统与可再生能源和燃煤发电结合使用，可以帮助电网更高效的运行，同时保证成本效益。 

在光伏发电领域，目前常用的太阳能的利用模式主要有附图l的小型离网发电的光伏利用模式，附图2的大型光伏电站并网发电的光伏利用模式和附图3的大型储能电站的光伏利用模式等几种。 

附图l的小型光伏离网发电利用模式适合应用在路灯、广告牌、小型光伏建筑一体化、住所屋顶发电等场合，因未接受电网的调度，储存的电能可能会长时间无负载消耗掉而使太阳能电池阵列不能向电池组储能或向负载供电，造成很大的浪费，系统经济性不高。 

附图2的大型光伏电站的并网发电利用模式，应用较多。目前，这种光伏电站规模还比较小，并网发电对电网造成的影响还比较小，当大型光伏电站建设达到一定规模，势必会对电网造成很大的困扰。，光伏发电是极不稳定的，白天有，晚上没有，即使白天也是极不稳定的，因此，供电系统很难调度管理。大型光伏电站需要铺设很多块太阳能电池板，多块太阳能电池板串联后再经汇流箱并联汇流，然后输入到多台并联的几百千瓦甚至兆瓦级的逆变器，经逆变器并网发电。很多块太阳能电池板串并联的缺点是整个太阳能电池阵列的输出是以发电效果最差的那串太阳能电池为基准的，太阳能电池阵列还受到所处环境的云层、建筑物阴影、灰尘、温度、线路分布阻抗等的影响严重，太阳能电池阵列可能会形成 

多个不断变化的最大功率点。一般，太阳能电池的最大功率追踪功能都是集成在逆变器中，因此，逆变器有可能不是工作在实际最佳的最大功率点上，造成光伏电站发电效率不高，光伏电站投资效益不高。

附图3的大型储能电站是为了缓解供电调度问题而形成的。在电网负荷重的时候，可以将大型储能单元阵列储存的电能或者是太阳能电池阵列所产生的电能经逆变器并网发电，在电网负荷轻的时候，可以将电网多余的电能暂时储存在大型储能单元阵列中，以备急需。此种利用模式能起到缓解供电调度问题，但是投资建造这种大型储能电站，需要大块土地和许多大型储能用电池，与当前土地资源日趋紧张的局面形成冲突，大型储能用电池集中配置的安全性也需要考虑，而且，当储能电站其中某个太阳能电池板、某个蓄电池或某台大功率设备出现问题，将使储能电站中大片设备停机待修，无法执行电网调度指令，造成极大浪费，投资收益降低。因此，有必要研究新的储能逆变发电系统来解决上述问题。 

发明内容

本发明需解决的技术问题是：