一种储能系统及控制方法与流程

本发明涉及光伏发电领域，具体涉及一种储能系统及控制方法。

背景技术：

光伏发电是在一定条件下使太阳能直接转化为电能的过程，在转化过程中，没污染和噪声，因此作为一种清洁环保和可再生的分布式发电方式被各国大力的推广应用。光伏发电产生的电流有时候不能被完全消纳，为了防止能源的浪费需要被储存备用。但是，被储存的电能往往无法及时被利用或者重新利用的效率较低。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种储能系统及控制方法，不仅能够及时消纳光伏发电中产生的多余电量，同时，在配电网计划停电及非计划停电的情况下，储能系统可自动无缝切换成离网工作模式，保证负载不间断供电。

本发明的一种储能系统，包括：由多个太阳能电池板并联构成的PV阵列、光伏逆变器、STS智能切换柜、用于将直流电和交流电自动转换的双级储能变流器、PC后台控制系统；

所述PV阵列通过所述光伏逆变器将产生的直流电转化为交流电传送给所述总线，电网同时并入所述总线，所述电网与所述总线之间设有电路控制开关，所述STS智能切换柜设在所述双级储能变流器与所述总线的并网点之间，与所述双级储能变流器连接有储能电池，所述总线上还接入有交流负载，所述PC后台控制系统分别与所述光伏逆变器、双级储能变流器以及电路控制开关通信连接。

进一步地，所述光伏逆变器为无变压器逆变器。

进一步地，所述PV阵列设在由低铁玻璃制成的保护壳内，所述保护壳的底部设有供所述PV阵列根据太阳光照射角度转动的支撑架，所述保护壳的内壁上设有大功率光源。

进一步地，所述交流负载包括向动力电池提供电源的充电机，所述PC后台控制系统与所述充电机通信连接。

进一步地，所述双级储能变流器包括高压电池组用储能变流器和低压电池组用储能变流器，其中，所述低压电池组用储能变流器与所述低压电池组一对一连接充放电。

进一步地，所述STS智能切换柜的内部线路结构包括：总线接口、进线开关、STS智能切换柜、储能进线开关、负荷开关以及维修开关，所述进线开关与所述STS智能切换柜串联并构成干路，所述负荷开关与所述储能进线开关并联后与所述干路串联，所述维修开关与所述STS智能切换柜并联。

本发明还提供了一种储能系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤1)所述PV阵列通过所述光伏逆变器将产生的直流电转化为与总线电压同幅值、同频、同相的交流电传送给总线，与所述总线连接的交流负载消纳所述交流电，单位时间内，未被消纳的所述交流电通过所述双级储能变流器转换成直流电存储进所述储能电池内；

步骤2)所述PC后台控制系统实时接收所述光伏逆变器传送的电流值，并通过采集的所述电流值调控所述光伏逆变器的输出频率，当所述总线中的电流值小于预设的第一阈值时，所述PC后台控制系统控制所述电路控制开关闭合，所述电网与PV板阵列协同向所述总线供电或者由电网单独向所述总线供电；

步骤3)当所述总线的电量值小于预设的第二阈值时，所述STS智能切换柜启动所述双级储能变流器将所述储能电池内的直流电导出转换成交流电供给所述总线。

进一步地，步骤3)中，当所述第二阈值为0时，所述双级储能变流器自动将所述储能电池内的直流电导出转换成交流电供给所述总线；

当所述总线中的电流值大于交流负载的消纳值时，剩余电量被继续存储在所述储能电池内，所述储能电池停止向所述总线供电。

本发明提供的一种储能系统及控制方法，通过光伏发电、电网以及储能系统的多方协同配合向总线供电，以满足总线的用电量需求，本发明中的总线为380V交流母线。当总线中存在未被交流负载消纳的富余电量时，直接通过双级储能变流器存储在储能电池中备用，这样不仅能够及时消纳光伏发电中产生的多余电量，同时，在配电网计划停电及非计划停电的情况下，储能系统可自动无缝切换成离网工作模式，保证负载不间断供电。同时，储能系统还能在平谷时段进行充电，在用电高峰时段通过STS智能切换柜启动双级储能变流器将储能电池中的电量放电回馈电网，以降低电网在用电高峰时段的波动，达到削峰填谷的目的。

附图说明

图1为本发明提供的一种储能系统的框架示意图；

图2为本发明提供的储能系统中双级储能变流器与高压电池组以及低压电池组之间的连接关系示意图；

图3为本发明提供的一种储能系统中的STS智能切换柜内部线路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式进行说明。

本发明的一种储能系统，如图1所示，包括：由多个太阳能电池板并联构成的PV阵列、光伏逆变器、STS智能切换柜、用于将直流电和交流电自动转换的双级储能变流器、PC后台控制系统；

所述PV阵列通过所述光伏逆变器将产生的直流电转化为交流电传送给所述总线，电网同时并入所述总线，所述电网与所述总线之间设有电路控制开关，所述STS智能切换柜设在所述双级储能变流器与所述总线的并网点之间，与所述双级储能变流器连接有储能电池，所述总线上还接入有交流负载，所述PC后台控制系统分别与所述光伏逆变器、双级储能变流器以及电路控制开关通信连接。

其中，双级储能变流器(PCS)由DC/AC双向变流器、控制单元等构成。PCS控制器通过通讯接收后台控制指令，根据功率指令的符号及大小控制变流器对电池进行充电或放电，实现对电网有功功率及无功功率的调节。PCS控制器通过CAN接口与BMS通讯，获取电池组状态信息，可实现对电池的保护性充放电，确保电池运行安全。

如图2所示，本发明中，使用的双级储能变流器包括高压电池组用储能变流器和低压电池组用储能变流器，其中，低压电池组用储能变流器与低压电池一对一连接。对于高压电池组用的PCS为型号为GMPS2-50KS，低压电池组用的PCS型号为GEatom306KHF。同时，该双级储能变流器具备对电池系统进行检测的功能以及“黑启动”能力，所以在使用的不同不仅不需要单独使用电池系统检测设备，同时，能够保证在突然整个电网断电的时刻，在短时间内自动执行“黑启动”，保证电路的正常运行。

光伏逆变器为无变压器逆变器。所述无变压器逆变器为双极±600VDC数据配置，采用可分离的两极+600和-600VDC电池组数组实现直接转换这项新技术，无需在低压三相电网上配备变压器。这种配置不仅提高了发电效率，而且不需要传统上所要求使用的逆变器变压器，降低了相关的系统平衡(BoS)成本，还避免了与单极配置有关的不必要的线路衰减。

如图3所示，本发明中使用的STS智能切换柜为STS100K智能网切换柜。其内部线路结构包括：总线接口、进线开关、STS智能切换柜、储能进线开关、负荷开关以及维修开关，所述进线开关与所述STS智能切换柜串联并构成干路，所述负荷开关与所述储能进线开关并联后与所述干路串联，所述维修开关与所述STS智能切换柜并联。

STS的主要作用是在一路输入电源发生故障或需要检修、测试时实现从一路电源到另一路电源之间真正地不间断地转换,禁止接入两路会产生回流的输入电源。STS可以通过控制面板设定其中任意一路输入电源为主电源，另一路输入电源为备用电源。只有在主电源故障或手动复位的情况下，STS才会自动在8ms内从主电源切换到备用电源。STS的两路静态开关是严格互锁，STS内还装有手动旁路开关，在STS需要检修时，可以手动地将输入电源切换到旁路开关。进行手动转换时可保证输出不间断。

STS的所有的转换都是快速的先断后合，主备电源之间不会产生冲击电流，所有的转换都在小于8ms的时间内完成。

正常工作状态下，在主电源处于正常的电压范围内，负载一直连接于主电源。在主电源发生故障时，负载自动切换到备用电源，主电源恢复正常后，负载又自动切换到主电源。

当STS感应的负载电流超过预先设定的过流值时，表示有冲击电流或者过载，这时即使主电源电压超出正常的电压范围，STS也不发生转换。在负载电流恢复到正常值时，过流抑制模式自动复位，STS恢复到正常的工作模式。

在备用电源电压处于正常的电压范围内，且备用电源与主电源间的相位差处于允许的范围内。STS可以手动地在两路电源之间进行切换。为了保证负载电源供给不中断，在负载连接的电源中断时，STS将自动在8ms内转换到另一路电源。紧急转换优先任何转换或者抑制。

PV阵列通过所述光伏逆变器将产生的直流电转化为与总线电压同幅值、同频、同相的交流电传送给总线，向总线供电。

当该系统设在换电站中，总线上的负载包括充电机和其他的交流负载。当在用电高峰期，比如上下班时间或者节假日期间，耗电量较多，需要较大量地进行动力电池充换电，此时，有可能光伏发电的发电量不能完全供应总线的耗电量，需要电网向总线同时辅助供电，以满足总线的需求。此时，在STS智能切换柜中系统设置，当总线中的电流量值小于预设的特定阈值或者阈值范围时，STS智能切换柜直接进行电路转换，或者启动储能系统中的储能电池向总线供电，同时也可以电网同时协助光伏发电一起向总线供电，三相电路一起向总线供电，以达到削峰填谷的目的。

或者当在阴雨天气，光伏发电无法实现，此时，需要完全依靠电网向总线供电，可以提前设置PC后台控制系统在阴雨天气时自动限制光伏逆变器的电流输出最大值，单独由电网向总线供电，或者，STS智能切换柜直接进行电路转换，通过启动PCS将储能电池内的存储电量反馈给总线。

为了提高太阳能电池板阵列对于太阳光的接收利用率，同时能够保护太阳能电池板减少酸雨或者其它物质对其的侵蚀和破坏，优选可以将所述PV阵列设在由低铁玻璃制成的保护壳内，所述保护壳的底部设有供所述PV阵列根据太阳光照射角度转动的支撑架，所述保护壳的内壁上设有大功率光源。内壁上设置的大功率光源从一定程度上能够保证太阳能电池板即使在光照较弱的短时间内，也可以通过吸收这些光源所散发的热量进而保证一定的发电量，比如保证一个小型用户的用电需求。这些大功率光源可以是照明装置。

所述交流负载包括向动力电池提供电源的充电机，所述PC后台控制系统与所述充电机通信连接。同时还可以包括其它的交流负载，也均可以使用所述总线中的交流电。

本发明还提供一种储能系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤1)所述PV阵列通过所述光伏逆变器将产生的直流电转化为与总线电压同幅值、同频、同相的交流电传送给总线，与所述总线连接的交流负载消纳所述交流电，单位时间内，未被消纳的所述交流电通过所述双级储能变流器转换成直流电存储进所述储能电池内；

步骤2)所述PC后台控制系统实时接收所述光伏逆变器传送的电流值，并通过采集的所述电流值调控所述光伏逆变器的输出频率，当所述总线中的电流值小于预设的第一阈值时，所述PC后台控制系统控制所述电路控制开关闭合，所述电网与PV板阵列协同向所述总线供电或者由电网单独向所述总线供电；

步骤3)当所述总线的电量值小于预设的第二阈值时，所述STS智能切换柜启动所述双级储能变流器将所述储能电池内的直流电导出转换成交流电供给所述总线，或者说当第二阈值为0时，所述双级储能变流器自动将所述储能电池内的直流电导出转换成交流电供给所述总线，也就是具备有“黑启动”功能。

当所述总线中的电流值大于交流负载的消纳值时，剩余电量被继续存储在所述储能电池内，所述储能电池停止向所述总线供电。

以上，虽然说明了本发明的几个实施方式，但是这些实施方式只是作为例子提出的，并非用于限定本发明的范围。对于这些新的实施方式，能够以其他各种方式进行实施，在不脱离本发明的要旨的范围内，能够进行各种省略、置换、及变更。这些实施方式和其变形，包含于本发明的范围和要旨中的同时，也包含于权利要求书中记载的发明及其均等范围内。