[发明专利]光伏发电能量管理系统

说明书

技术领域

本发明属于微网与智能电网领域，具体涉及一种太阳能光伏发电的能量管理系统。

背景技术

光伏发电作为可再生清洁发电方式之一，具有广阔的应用前景。但是由于前几年国家政策的偏斜，光伏产业链出现严重产能过剩。增加蓄电池组到光伏发电之中，使光伏发电系统提供更多的功能，可有效降低光伏发电成本，促进光伏产业的发展。现在已有专家提出了“多功能光伏发电”的概念，其主要思想是通过各种控制手段令光伏发电系统实现不同功能，从而有效降低光伏系统的运行成本。也有通过判断直流母线电压水平转换系统运行模式的方案，但是该方案中采用直流电源代替光伏发电系统，没有考虑实际光伏输出。另外一种独立发电系统能量管理控制策略，则没有考虑光伏发电系统能否工作在功率-电压曲线的左半平面的问题。因此，通过控制手段使光伏逆变器提供无功功率，同时安装的蓄电池可以在负荷和电网需要时提供或吸收有功功率等，成为多功能光伏-蓄电池系统设计与控制的必然要求和急需解决的问题。

发明内容

本发明正是应光伏发电系统的智能管理要求，针对以上问题，提出一种光伏发电能量管理系统，通过对逆变器和蓄电池的充放电控制，实现向电网提供更多的电能、负荷侧电能质量提高、UPS、无功功率补偿、谐波抑制、为电网提供电压和频率支持等功能。为此，本发明采用如下的技术方案：

一种光伏与通过DC/DC进行升压的蓄电池一起连接在直流母线上，通过DC/AC逆变成交流给子网内负荷供电，并将多余电能通过断路器和电感送入配电网。其能量管理系统包括三种模式：独立运行、并网运行和系统关闭，分为光伏控制子系统，电池管理子系统。

所述的能量管理系统采用dspace实现，可为负荷提供UPS功能。当大电网出现故障，光伏-蓄电池发电系统为保障子网内负荷供电，独立运行，断路器打开，继续为负荷提供不间断供电。

所述的电池管理子系统充电时包括恒流充电和恒压充电两种模式，放电时则维持直流母线电压等于光伏最大功率跟踪电压不变。

所述的能量管理系统，当光伏发电少于设定值且电池无电时，则系统关闭。

所述的管理系统光伏侧不采用DC/DC变换器和直流开关，能有效降低光伏发电成本。

具体而言，具有如下的技术有益效果：

1)可为负荷提供UPS功能；

2)提高微网内的电能质量；

3)具有尖峰共享功能；

4)对逆变器的控制为子网内工业负荷提供无功功率；

5)降低了光伏发电系统的成本。

附图说明

图1是光伏蓄电池发电结构图。

图2为能量管理系统工作模式。

具体实施方式

图1为光伏蓄电池发电系统结构图，光伏与通过DC/DC变换器进行升压的蓄电池一起连接在直流母线上，通过DC/AC逆变器逆变成交流给子网内负荷供电，并将多余电能送入主电网。与主电网通过断路器S2或S3连接，与S2连接的电感可改变整个电路等效阻抗，使等效阻抗成感性。系统由功率为100kW的光伏发电单元组成，蓄电池出口电压为384V，由192个电池串联而成，总容量为800Ah。能量管理系统与运行模式的转换及对光伏侧DC/AC逆变器和蓄电池侧DC/DC变换器的控制由dSPACE DS1401MicroAutoBox完成。图2为对应根据开关状态设计的能量管理系统的工作模式图，可运行于联网、独立与仅有光伏-蓄电池(即系统关闭)的运行模式。具体的，模式I：光伏-蓄电池系统联网运行，启动能使光伏工作在最大功率跟踪且保持子网内负荷侧电压恒定的DC/AC控制器，光伏工作在最大功率跟踪，蓄电池充电或关闭；模式II：光伏-蓄电池系统独立运行，光伏发电功率小于10kW，光伏关闭，蓄电池放电且维持直流母线恒定；模式III：光伏-蓄电池系统独立运行，光伏发电功率大于10kW但小于负荷功率，光伏工作在最大功率跟踪，蓄电池放电且保持直流电压为光伏最大功率跟踪电压；模式IV：光伏-蓄电池系统独立运行，光伏发电功率大于10kW且大于负荷功率，蓄电池充电，且根据充电状态决定采用恒流充电还是恒压充电，即当蓄电池端口电压较低时采用恒电流控制，随着蓄电池电能增多，充电状态(SOC)发生变化，蓄电池端口电压升高，当达到95％的蓄电池额定电压时，由恒电流充电转换为恒电压充电；模式V：独立运行，蓄电池充电已满，光伏为负荷供电；模式VI：光伏发电功率小于10kW，蓄电池已完全放电，系统关闭。