一种农村分布式光伏钒液电池储能微电网系统及控制方法与流程

本发明涉及光伏微电网系统，具体涉及一种农村分布式光伏钒液电池储能微电网系统及控制方法。

背景技术：

分布式光伏发电特指采用光伏组件，将太阳能直接转换为电能的分布式发电系统。它是一种新型的、具有广阔发展前景的发电和能源综合利用方式，它倡导就近发电，就近并网，就近转换，就近使用的原则，不仅能够有效提高同等规模光伏电站的发电量，同时还有效解决了电力在升压及长途运输中的损耗问题。

中国的分布式光伏发电已经进入推广阶段，目前全国各省相继出现分布式光伏发电优惠政策，特别是2014年10月份国家能源局和国家扶贫中心联合发出光伏扶贫政策，使光伏发电这一高科技技术走进寻常百姓家甚至惠及农村贫困人口，分布式光伏发电会迅速得到推广和应用。但是随着农村分布式光伏系统的快速增长，农村分布式光伏发电凸显以下亟待解决问题：

1、对电网规划产生影响。分布式光伏的并网，加大了其所在区域的负荷预测难度，改变了既有的负荷增长模式。大量的分布式光伏电源的接入，使配电网的改造和管理变得更为复杂。

2、农村电网非常脆弱，特别是目前留守老人和儿童居多，白天电力消纳有限，而白天又是光伏发电的主要时段，光伏发电会使用户侧电压抬高，不仅影响光伏发电效率还可能对用电设备造成损坏。

3、对电能质量产生影响。分布式光伏接入的重要影响是造成馈线上的电压分布改变，其影响的大小与接入容量、接入位置密切相关。光伏发电一般通过逆变器接入电网，这类电力电子器件的频繁开通和关断，容易产生电网谐波污染。

4、传统的分布式光伏微电网系统，只能看到电站发电的情况，而不能根据现场实际的光照条件、温度条件作出发电最大效率的回应，要想保持分布式光伏发电的高效率也要对电站进行清洁维护，小型户用电站没有电站检测系统，很难及时对电站进行维护，影响光伏发电效率。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决上述现有技术中存在的光伏系统效率低下，电网污染严重及改善农村供电质量，旨在提供一种自储能、高效率、环境代价低、智能控制、断电备急的农村分布式光伏智能微电网能源供应系统。

为了实现上述发明目的，本发明提出了一种农村分布式光伏钒液电池储能微电网系统及控制方法，包括：钒液流电池储能单元，变流控制器，光伏发电单元，逆变控制器，市电供电单元，主控制器及用户负载单元；光伏发电单元输出直流电力有两路，一路直流电力直接输送至主控制器的直流电力输入端口与钒液流电池储能单元结合，构成光伏储能回路；另一路直流电力与逆变控制器相连，经逆变器整流逆变后输出工频交流电，该工频交流电通过发电电表输送至主控制器的交流电力输入端口与户用负载单元结合，构成光伏供能回路。

主控制器的电力输出有两，一路是直流输出端，该直流输出端口与变流控制器相连，通过变流控制器的整流、滤波、调压控制后该路直流电力向钒液流电池系统充电，把光伏发电的部分电力储存到钒液流电池中，由光伏发电单元、钒液流电池储能单元、变流控制器、主控制器构成钒液流电池储能系统的充电电力回路；

其中，钒液流电池变流控制器的直流输出端与逆变控制器的直流输入端相连，经逆变器整流逆变后输出工频交流电，该工频交流电直接输送至主控制器的交流输入端口，通过主控制器与用户负载单元连接，由钒液流电池储能单元、变流控制器、逆变控制器、主控制器及用户负载单元构成钒液流电池储能系统的供电电力回路。

主控制器的另一路电力输出为工频交流电电力，该电路交流输出端与用户负载单元相连及市电供电单元相连，该路电力由光伏发电单元、逆变控制器、主控制器及用户负载单元构成供电电力回路；其中，该回路中如光伏发电单元有多余的发电电力，该多余电力通过主控制器控制后馈送至市电供电单元的市电电网。

主控制器的电力输入端与市电电力输入端相连接，该路电力由市电供电单元、主控制器、用户负载单元构成供电电力回路。

所述的钒液流电池储能单元，其特征在于储能单元包括正负极电解液储槽，电堆，散热器，电解液循环泵及变流控制器，正负极电解液均有温度传感器，温度传感器与变流控制器相连，温度信息通过变流控制器反馈至主控制器，主控制器根据电解液温度控制散热器的开启与停运，以提高储能单元效率；循环泵有转速传感器，转速传感器与变流控制器相连，变流控制器把循环泵的转速信息反馈至主控制器，主控制器根据用户负载单元的用电负荷来调节电解液循环泵转速，控制电解液流量，以提高储能单元效率。

一种农村分布式光伏钒液电池储能微电网系统的控制方法主要有以下控制过程：

a、光伏发电供电过程：白天光伏发电单元发电时，主控制器首先检测用户负载单元侧的供电电压，如果负载侧电压低于主控制器设定值，主控制器接通逆变控制器，由光伏发电单元、逆变控制器、主控制器向用户负载单元供电，多余电量逆变后馈送之电力电网；如果负载侧电压高于主控制器设定值，主控制器断开逆变控制器的供电电路，合并钒液流电池储能单元的充电回路，由光伏发电单元、变流控制器、钒液流电池储能单元、主控制器向储能系统供电。

b、钒液流电池储能单元供电过程：夜晚光伏发电单元不发电时，主控制器控制连通变流控制器和逆变控制器之间回路，断开逆变控制器与光伏发电系统回路，防止储能电力反串至光伏发电单元，主控制器检测用户负载单元侧的供电电压，并自适应调整逆变控制器输出电压，使用户负载单元优先使用储能单元电力。

c、市电供电过程：市电供电过程为全日制供电，主控制器连通市电电力回路，主控制器测用户负载单元侧的供电电压，主控制器根据负载侧电压来调整逆变控制器的输出电压，实现光伏供电、储能供电及市电供电的优先级别。

本发明的有益效果：

1、其有效解决了现有农村分布式光伏发电消纳难，弃光现象问题，实现太阳能发电系统的高效率；

2、采用钒液流电池储能系统，实现大容量储能和大倍率放电的可能，满足智能微电网要求，为智能微电网应用打下坚实基础；

3、减少了分布式光伏发电对电网电能质量产生影响。大容量钒电池储能系统就像一个蓄水池一样，对电网起到削峰平谷作用，对电网的正常运行起到积极作用；

4、钒电池储能微电网系统，在外网停电情况下，可以起到备急作用，这也是解决农村电网不稳定经常停电的重要部分，同时也大大提高光伏发电系统的应用效率。

附图说明

图1为本发明一种农村分布式光伏钒液电池储能微电网系统及控制方法结构示意图；

图2为本发明一种农村分布式光伏钒液电池储能微电网系统及控制方法钒液流电池储能单元结构示意图；

1、钒液流电池储能单元，11、钒电池电堆，12、电解液循环泵，13、循环泵转速传感器，14，换热器，15、电解液温度传感器，16、电解液储槽，2、变流控制器，3、光伏发电单元，4、逆变控制器，5、市电供电单元，6、主控制器，7、用户负载单元，8、发电电表。

具体实施方式

结合图1、图2及下列实施例是对本发明的进一步解释和说明，对本发明不构成任何限制。

参阅图1，本发明提出了一种农村分布式光伏钒液电池储能微电网系统及控制方法，包括：钒液流电池储能单元1，变流控制器2，光伏发电单元3，逆变控制器4，市电供电单元5，主控制器6及用户负载单元7；光伏发电单元3输出直流电力有两路，一路直流电力直接输送至主控制器6的直流电力输入端口与钒液流电池储能单元1结合，构成光伏储能回路；另一路直流电力与逆变控制器4相连，经逆变器整流逆变后输出工频交流电，该工频交流电通过发电电表输8送至主控制器6的交流电力输入端口与户用负载单元7结合，构成光伏供能回路。

主控制器6的电力输出有两，一路是直流输出端，该直流输出端口与变流控制器2相连，通过变流控制器2的整流、滤波、调压控制后该路直流电力向钒液流电池系统1充电，把光伏发电的部分电力储存到钒液流电池中，由光伏发电单元3、钒液流电池储能单元1、变流控制器2、主控制器6构成钒液流电池储能系统的充电电力回路；

其中，钒液流电池变流控制器2的直流输出端与逆变控制器4的直流输入端相连，经逆变器整流逆变后输出工频交流电，该工频交流电直接输送至主控制器6的交流输入端口，通过主控制器6与用户负载单元连接，由钒液流电池储能单元1、变流控制器2、逆变控制器4、主控制器6及用户负载单元7构成钒液流电池储能系统的供电电力回路。

主控制器6的另一路电力输出为工频交流电电力，该电路交流输出端与用户负载单元7相连，该路电力由光伏发电单元3、逆变控制器4、主控制器6及用户负载单元7构成供电电力回路。其中，该回路中如光伏发电单元3有多余的发电电力，该多余电力通过主控制器6控制后馈送至市电供电单元5的市电电网。

主控制器6的电力输入端与市电电力输入端相连接，该路电力由市电供电单元5、主控制器6、用户负载单元7构成供电电力回路。

参阅图2，钒液流电池储能单元，包括正负极电解液储槽16，电堆11，散热器14，电解液循环泵12及变流控制器2，正负极电解液均有温度传感器15，温度传感器15与变流控制器2相连，温度信息通过变流控制器2反馈至主控制器6，主控制器6根据电解液温度控制散热器14的开启与停运，以提高储能单元效率；电解液循环泵12有转速传感器13，转速传感器13与变流控制器2相连，变流控制器2把循环泵的转速信息反馈至主控制器6，主控制器6根据用户负载单元7的用电负荷来调电解液节循环泵12转速，以提高储能单元效率。

一种农村分布式光伏钒液电池储能微电网系统的控制方法主要有以下控制过程：

a、光伏发电供电过程：白天光伏发电单元3发电时，主控制器6首先检测用户负载单元7侧的供电电压，如果负载侧电压低于主控制器6设定值，主控制器6接通逆变控制器4，由光伏发电单元3、逆变控制器4、主控制器6向用户负载单元7供电，多余电量逆变后馈送之电力电网；如果负载侧电压高于主控制器6设定值，主控制器6断开逆变控制器4的供电电路，合并钒液流电池储能单元1的充电回路，由光伏发电单元3、变流控制器2、钒液流电池储能单元1、主控制器6向储能系统供电。

b、钒液流电池储能单元供电过程：夜晚光伏发电单元不发电时，主控制器6控制连通变流控制器2和逆变控制器4之间回路，断开逆变控制器2与光伏发电系统回路，防止储能电力反串至光伏发电单元，主控制器6检测用户负载单元7侧的供电电压，并自适应调整逆变控制器4输出电压，使用户负载单元7优先使用储能单元电力。

c、市电供电过程：市电供电过程为全日制供电，主控制器6连通市电电力回路，主控制器6测用户负载单元7侧的供电电压，主控制器6根据负载侧电压来调整逆变控制器的输出电压，实现光伏供电、储能供电及市电供电的优先级别。

尽管通过以上实施例对本发明进行了揭示，但本发明的保护范围并不局限于此，在不偏离本发明构思的条件下，对以上各构件所做的变形、替换等均将落入本发明的权利要求范围内。