[发明专利]基于能源云互联的大型分布式柔性风光储充放市电交直流混用系统及控制系统

说明书

本发明公开了基于能源云互联的大型分布式柔性风光储充放市电交直流混用系统及控制系统，包括互补的多兆瓦级电池储能变换器和风光储集成系统、无变压器高压直挂电池储能功率变换系统、交流微电网、直流微电网；高压电、大功率，且电压和功率自动可调，智能电网与光储充放双向互补，不间断的供电。

技术领域

本发明属于物联网智能电网输配电技术领域，涉及一种基于能源云互联的大型分布式柔性风光储充放市电交直流混用系统及控制系统。

背景技术

随着双碳进程的深入发展，直流配电网强势回归大电网，分布式光储充放等可再生能源储能型迎来发展的迅速期，光储充放市电交直流混用必将是未来的常态配电系统。光储充放系统成为提高光伏系统友好性和调节电网电能质量、基于物联感知双碳评价大型分布式柔性光储充放系统成为研究热点。目前的光储充放系统还存在许多难题和技术上困难需要解决。

光伏(风力发电)系统受天气因素影响较大，光伏在阳光照射条件不好时，风力发电在风力不够或无风时，系统出力明显降低，对离网光伏发电系统造成供电的不稳定甚至断电。同时大规模并网发电系统经常会因为反孤岛、系统波动大以及需要得到并网许可等问题无法并网运行，极大的影响了光伏(风力)发电系统的经济性和稳定性。

现有分布式光伏电站与储能容量配置比例5:1；原则上国家要求弃光率在5％以下，年储能用电量在100小时计划；减少弃光风险，目前分布式光伏发电主要存在变流器功率太小的问题，建筑用户仅5KW-8kw，商业和工业用最大不超过250KW，电压等级在900V以下，还有储能电池容量太小，充电次数寿命短(4-5年寿命)的问题，光储充电放收回成本需5-6年，储能充电站还没有回本，就需要更换电池，反而增大了盈利难度。满足不了安全紧急用电，供电时间不超过2小时。单个Powerwall储能电池的容量为13.5kWh，连续输出功率为5kW，仅靠光伏不能正常供建筑用户、商业和工业的用电。目前储能充电站供电单个直流快充桩的功率在60kW以上，一台直流快充桩运行，大约相当于二三十个家庭的用电量，这对电网的冲击是很大的；现有分布式光储充放系统功率和电压做不大、温升限制连续供电不超过2.5小时，储能系统在整个供电总时段系统，储能系统仅占不到2％的比例，远远不能满足现有用电设备的连续用电。

光储充放系统就是以一体化充电站为核心的—光伏发电、储能电池和充电桩及将储能电池储存电能释放建筑、工业和商业用电设备及用电配电，其电能双向计量和分配的储充放系统。这五部分组成一个微网，利用光伏发电，将电量存储在储能电池中，当需要时，储能电池将电量供给充电桩与建筑用户、工业和商业用电设备使用，通过光储充系统，太阳能这种清洁能源就被转移到汽车的动力电池中，供车辆行驶、使用。根据需求，光储充放一体化充电站可实现并网和离网两种运行模式。将光储充一体化充电站并入电网，除了接受来自光伏太阳能板的能量外，储能电池在电价低的时候充电，在电价高时放电，降低充电成本的同时可以削峰填谷，也弥补了太阳能发电不连续性的缺点，而当电网断电时，光储充系统可以采用离网运行模式对新能源车应急充电，建筑用户、工业和商业用电设备、消防安全场景使用。由于光伏充放系统晚上和阴雨天光伏无法发电，在分布式光储发电无法连续供应建筑用户、工业和商业用电设备用电，特别是充电桩及应急用电量，光伏发电除自发自用，余电上网外，还有许多情况需要电网为储能电池、变流器供电和储能供电。保证变流系统和其它设备的连续供电。

多电平逆变器在中高功率转换中非常受欢迎，因为它们能够在使用额定电压较小的设备时产生具有低输出谐波的高电压幅值，因此现有技术开发二极管钳位多电平逆变器。钳位二极管在每个开关状态期间共享不相等的电压。每条腿需要12个二极管来维持它们两端的相等电压分布。每相12个二极管的功耗很大，二极管钳位多电平逆变器的直流链路电容器两端的不平衡电压会在输出电压中产生低次谐波，并增加开关设备上的电压应力，这可能导致开关设备的永久性损坏。多电平逆变器在中高功率转换后三相电压在负载、电网具有不平衡电压和功率，影响逆变效率和寿命。