[发明专利]集成储能功能的光伏发电系统及动态平衡电能的方法

说明书

本发明涉及到集成储能功能的光伏发电系统及动态平衡电能的方法。具有多级光伏组件以及串联连接的多级电压转换器，每一级电压转换器均将从与之对应的一个光伏组件撷取到的电能转换成输出功率。具有对多级电压转换器提供的输出功率执行功率转换并产生交流电的逆变器，电压转换器各自的输出电压叠加到直流母线上并作为母线电压。还具有动态平衡直流母线上电能的储能部分，在多级光伏组件提供的功率之和低于交流电所需要的预定功率值时储能部分向直流母线上馈送电能，在多级光伏组件提供的功率之和高于交流电所需要的预定功率值时储能部分从直流母线上吸取电能。快速诊断电网需求并判断出储能部分的能量流动方向从而为电网提供准确的电能补偿。

技术领域

本发明主要涉及到光伏发电技术领域，确切的说是涉及到在含有光伏电池的应用场合中提供电力储能和并网的方法，能够根据实际情况快速诊断电网需求、并判断出储能部分的能量流动方向从而为电网提供准确的电能补偿。

背景技术

能源是人类生产生活不可或缺的资源，能源也是人类当前的实际需求和自然资源的消耗之间体现得较为明显的矛盾点。伴随着传统化工能源如石油、煤炭、天然气等的不可再生性，它们在日益枯竭同时也导致了大气污染和温室效应等严重的环境问题。能源是人类社会存在和发展的重要物质基础，随着社会的发展和能源日渐减少，其中太阳能作为重要能源之一以其永不枯竭，无污染等优点，正得到迅速的发展。但太阳能存在间歇性及不稳定性和可控性差等缺陷。为保证其供电的均衡性和连续性，储能装置成为光伏发电系统的关键配套部件。储能系统种类较多，铅酸电池、锂电池、钠硫电池和钒液流电池等的应用技术虽成熟度不一，但均较易实现大容量储能。电池类储能的充放电速度、充放电次数等受到电池特性的限制，不能用于实现快速的动态功率补偿，抑制动态振荡、平滑风力发电输出的快速变化。提供可快速充、放电且充放电次数自动适应功率补偿的光伏储能电站是当前亟待解决的难题。光伏储能电站包括将太阳能转变为电能的太阳能电池板、用于将太阳能电池板输出的直流电转变为稳定的直流电的DC/DC变换器、储能系统，以及用于利用直流到直流的变换器对储能系统进行充电的控制器，光伏储能电站还包括用于将直流电变换器输出的直流电转变为交流电的直流电到交流电的逆变器。本申请提及的光伏储能电站的目标是可快速地响应充放电要求、可吸收频繁微弱光照，满足使储能电站具有高效率且具有储能迅速、具有超长的循环寿命的特征点。

太阳能具有分布广泛且近乎无穷无尽的特点，使用太阳能光伏发电系统的问题在于光伏能源也具有间歇性和不确定的特点，很难为负载提供持续稳定的电力供应，目前常用的方法是采用储能系统来存储或释放电能，降低天气造成光伏发电系统的负面影响，为用户稳定供电以保证供电的可靠性和电能质量。基于提高光伏发电系统的能量管理效率通常会设置电池管理系统对其进行管理，只是简单地控制电池模块的充放电情况，随着光伏发电系统组件的增加、功能多样化的扩展，简单地控制电池的充放电越来越显出效率低下和响应慢及控制准确度差等缺陷，无法根据负载及电池模块的参数进行充放电控制，以至于能量利用效率低。太阳能光伏发电系统作为诸多利用太阳能资源中的一种已经广泛应用于现在的工业及民用电力系统中。除了常规意义上的并网光伏发电系统，光伏的离网型系统也是较为常见的利用太阳能发电的系统。光伏的离网型系统一般由光伏电池组件、连接光伏电池组件的交流到直流的充电器、连接交流到直流的充电器输出端的电池组、连接蓄电电池组输出端的直流电到交流电的逆变器、及交流负载等构成。光伏电池组件在有光照的情况下将太阳能转换为电能，通过充电装置给蓄电电池包充电；在无光照时通过逆变器由蓄电电池包给交流负载供电。现有的光伏的离网型系统如果对电池组件已经被确立的容量试图有所更改的话，则需要改造整个储能系统的设备设计以对电池组件进行扩容，或需要在切断电力输出的情况下更换电池，在极不方便的情况下对电池容量进行更改操作。因此有必要提供改进的光伏发电系统及其储能系统以解决上述问题。

发明内容