[发明专利]一种光伏电源混合储能系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于光伏发电系统运行状态调整的混合储能系统，属于发电技术领域。

背景技术

太阳能光伏发电是一种有效利用太阳能的方式，具有运行过程中不消耗一次能源、无污染、无噪声、建设规模可大可小等优势。但是，光伏发电系统同时具有所产生的电能质量较差和运行过程中光能利用率较低的缺点，影响了光伏发电技术的实际应用。出现这些问题的主要原因是光伏电池的发电能力会随着阳光照度的变化而同方向非线性改变，随着温度的变化而反方向变化，并且只有当其发电能力与负载相匹配时才能输出最大功率。由于负载的变化情况完全由用户决定，而光伏电源的输出电压会随着负载的变化而大幅度改变，所以依靠光伏电源自身无法满足常规电力用户对供电电能质量的要求。光伏电源的这种发电能力随自然环境变化而非线性改变以及发电能力与负载无法匹配的特征，导致了系统运行过程中光能利用率很低，光伏电能成本较高。解决上述问题的一种有效方法是在光伏发电系统中安装一定容量的储能装置，利用储能装置提高光伏发电系统的供电电能质量和运行过程中的光能利用率。

目前的光伏发电系统一般采用蓄电池组进行储能，当发电系统能量充足时，光伏电源为储能蓄电池组充电，并为电力用户供电或向电网输送电能（联网运行方式）；当发电系统能量不足或无法发电时，蓄电池组放电为电力用户或电网继续提供电能。采用蓄电池组进行储能存在一定的缺陷，首先蓄电池内部存在电化学反应，充放电速度慢；其次蓄电池充放电次数有限，使用寿命短，废弃的蓄电池会对环境造成污染，经常更换蓄电池还会使得光伏电能成本进一步增大。因此，一些研究人员提出了将飞轮储能技术、超级电容器储能技术、超导储能等技术应用于光伏发电系统，这些储能技术均具有使用寿命长、功率密度大、充放电速度快和无环境污染的优点，但是它们又都存在储能密度低和成本较高的缺点，完全取代蓄电池组在工程实际中很难实现。近几年，一些研究人员从提高蓄电池的使用寿命出发提出了将蓄电池和超级电容器通过电抗器并联组成混合储能系统的方法，并进行了以提高蓄电池使用寿命为目标的运行过程仿真研究和部分实验研究，获得了对提高蓄电池寿命有益的结论。事实上，光伏发电系统安装地区连续几天阳光明媚或阴雨连绵的情况时有发生，单纯依靠超级电容器和蓄电池组满足长时间持续充电或放电的需求，从储能系统的投资利用率方面考虑很不合算。因此，如何用最经济的方法提高混合储能系统持续充电或放电的时间、提高光伏发电系统供电电能质量，就成为有关技术人员目前所面临的难题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种储能量大、循环寿命长、响应速度快、功率吞吐能力强、投资少而且持续充电或放电时间长的光伏电源混合储能系统。

本发明所述问题是以下述技术方案实现的：

一种光伏电源混合储能系统，构成中包括超级电容器、蓄电池组、后备储能系统、三个储能电感、六个带有反并联快恢复二极管的IGBT和状态监控器，所述超级电容器与第一储能电感串接后一端接光伏电源直流母线负极，另一端分别经第一IGBT和第二IGBT接光伏电源直流母线的负极和正极，所述蓄电池组与第二储能电感串接后一端接光伏电源直流母线负极，另一端分别经第三IGBT和第四IGBT接光伏电源直流母线的负极和正极，所述后备储能系统与第三储能电感串接后一端接光伏电源直流母线负极，另一端分别经第五IGBT和第六IGBT接光伏电源直流母线的负极和正极；

所述光伏电源混合储能系统按如下方式运作：

在光伏发电系统运行过程中，状态监控器实时检测光伏电源的直流母线电压、超级电容器电压、蓄电池组电压和后备储能系统电压，并根据各电压的监测值按以下方法调整混合储能系统的运行状态:

若光伏电源的直流母线电压在其额定值U_N的98%～102%范围以内，则原有控制状态不变；

当光伏电源的直流母线电压低于其额定值U_N的98%时，若混合储能系统当前为充电状态，则减小储能系统的充电功率；若混合储能系统当前不是充电状态，则进行发电控制，使储能系统向光伏电源的直流母线传输的功率增大；

当光伏电源的直流母线电压高于其额定值U_N的102%时，若混合储能系统当前为发电状态，则减小混合储能系统的发电功率；若混合储能系统当前不是发电状态则进行充电控制，使光伏电源向储能系统的充电功率增大。