[发明专利]一种基于高频磁耦合的多端口光伏储能混合发电系统

说明书

技术领域

本发明属于分布式新能源发电领域，具体涉及一种基于高频磁耦合的多端口光伏储能混合发电系统。

背景技术

随着能源危机和环境问题日益突出，分布式新能源发电技术得到快速发展。分布式发电通常处于用户附近，即发即用，减少用户对电网供电的依赖，提高用户供电可靠性，同时也可降低输电线路损耗。

但是相比于传统发电技术，分布式新能源发电可控性差，具有随机性、间歇性和波动性等特点，并网运行会带来严重的电能质量问题，孤岛运行又降低用户供电可靠性。为了解决这些问题，分布式发电中普遍采用加入储能装置来抑制这种波动性和不确定性。以光伏发电为例，光伏发电具有清洁无噪声、安全可靠、无枯竭危险等优点，是目前最具发展前景的新能源发电技术之一。然而光伏出力受光照、温度、气候条件等影响，出力波动大，直接并网会恶化电能质量，需要加入蓄电池等储能装置来平滑这种随机出力波动，稳定输出功率。现有的光伏发电产品一般都为光伏/储能混合发电系统。

现有的光伏阵列和蓄电池输出电压一般都较低，需要经过升压单元才能实现并网或者供给本地负载使用。升压并网单元通常包括直流/直流变换器和直流/交流逆变器。直流/直流变换器主要实现升压功能，分为隔离型和非隔离型。非隔离型变换器所需器件较少，拓扑结构简单但升压范围有限，且不能实现电气隔离。隔离型变换器升压范围宽，可灵活匹配多个不同电压等级的输入和输出，且具备电气隔离功能。一般采用高频变压器进行隔离，可使变换器体积减小，结构紧凑。逆变器一般采用全桥电路，这种结构开关器件少，控制技术成熟，应用广泛。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种基于高频磁耦合的多端口光伏储能混合发电系统，要克服现有并网光伏发电系统可控性差、出力不稳定的特点，整合光伏发电和储能单元，实现稳定并网和匹配直流负载。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

本发明提供一种基于高频磁耦合的多端口光伏储能混合发电系统，所述系统包括光伏发电单元、蓄电池储能单元、功率变换单元和控制单元；所述光伏发电单元和蓄电池储能单元分别与功率变换单元并联，控制单元完成所述系统的能量调度管理。

所述光伏发电单元与蓄电池储能单元的能量在高压直流母线上耦合后通过功率变换单元输出给直流负载和电网。

所述光伏发电单元包括发电子模块、Boost升压电路和直流母线电容C1；多个发电子模块依次串联后，接入Boost升压电路的输入端，Boost升压电路的输出端接至直流母线电容C1。

所述发电子模块包括光伏阵列PV、全控器件S_p和二极管D_p；

所述Boost升压电路包括滤波电感L1、全控器件S1和二极管D1；

所述光伏阵列PV、全控器件S_p和二极管D_p串联，形成PV-S_p-D_p支路，多个PV-S_p-D_p支路依次串联后，一端连接滤波电感L1，另一端连接全控器件S1的发射极，所述滤波电感L1的另一端连接全控器件S1的集电极，并同时连接二极管D1的阳极，所述二极管D1的阴极连接直流母线电容C1的正极，全控器件S1的发射极和连接直流母线电容C1的负极。

所述蓄电池储能单元包括蓄电池组和双向DC/DC变换器；能量从蓄电池组输出时，双向DC/DC变换器工作在Boost状态；能量向蓄电池输入时，双向DC/DC变换器工作在Buck状态。

所述蓄电池组包括多个蓄电池，所述双向DC/DC变换器包括滤波电感L2、全控器件S2和全控器件S3；

多个蓄电池串联后，一端连接滤波电感L2，另一端连接全控器件S3的发射极，所述接滤波电感L2的另一端连接全控器件S2的发射极，并同时连接全控器件S3的集电极，所述全控器件S2的集电极连接直流母线电容C1的正极，所述全控器件S3的发射极连接直流母线电容C1的负极。

所述蓄电池为铅酸电池或锂离子电池。

所述功率变换单元包括第一全桥变换器、三绕组变压器、第二全桥变换器、直流滤波电容C2、第三全桥变换器、直流滤波电容C3和三相全桥变换器；所述三绕组变压器包括一个原边绕组和两个副边绕组；所述第一全桥变换器、第二全桥变换器和第三全桥变换器均为H桥变换器。