基于梯次利用电池的光储充换电站系统的制作方法

本发明涉及电池充放电技术领域，特别是涉及一种基于梯次利用电池的光储充换电站系统。

背景技术：

电动汽车的运行仍然处于起步阶段，而且有关电动汽车充换电站的设计、建设还不够成熟，电动汽车充电站充电的时间问题还没有得到充分解决，淘汰的电动汽车也不具备完善的回收机制等，基于“梯次利用”锂电池储能的光伏充电站对节能减排具有重要意义。

传统光储充电站，能量流动不够灵活，当光照强度改变时无法通过并离网的方式来充分利用光伏阵列的能源。储能系统因考虑电池的成本高，为了满足经济性，仅采用了小容量，作为ups角色，只能保证短时充换电站的稳定性。电网出现异常无法正常供电时，系统不稳定，光伏资源得不到充分利用。

技术实现要素：

本发明针对现有技术存在的问题和不足，提供一种新型的基于梯次利用电池的光储充换电站系统。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

本发明提供一种基于梯次利用电池的光储充换电站系统，其特点在于，其包括光伏阵列、斩波变换器、梯次利用储能电池组、双向dc/dc变换器、直流母线、并离网切换开关、控制器、逆变器、电网和负载；

所述光伏阵列通过斩波变换器与直流母线电连接，所述梯次利用储能电池组通过双向dc/dc变换器与直流母线电连接，所述电网通过逆变器与直流母线电连接，所述并离网切换开关与逆变器电连接，所述负载通过逆变器与直流母线电连接，所述并离网切换开关与控制器电连接；

所述控制器用于获取光照强度值，在光照强度值处于不同范围时，根据光伏阵列、梯次利用储能电池组、电网及负载的状态来控制并离网切换开关的切换以使得逆变器处于并网或离网运行模式下、控制双向dc/dc变换器工作在boost模式或buck模式下，从而使系统功率达到平衡，稳定运行。

较佳地，所述控制器用于在光照强度值低于第一阈值时控制系统处于储能和电网的并网运行模式，逆变器工作在并网模式下，此时ppv为零，负载由电网和梯次利用储能电池组提供电能，双向dc/dc变换器工作在boost模式下放电并控制直流母线稳定在800v；

所述控制器还用于在光照强度值大于第一阈值且小于第二阈值时控制系统处于离网运行模式，此时ppv+pbat>pload，逆变器工作在离网模式下，双向dc/dc变换器工作在boost模式下放电并控制直流母线稳定在800v；

所述控制器还用于在光照强度值大于第二阈值且小于第三阈值时控制系统处于离网运行模式，此时ppv>pload，逆变器工作在离网模式下，双向dc/dc变换器工作在buck模式下充电并控制直流母线稳定在800v；

所述控制器还用于在光照强度值大于第三阈值时控制系统处于光伏、储能和电网并网运行模式，逆变器工作在并网模式下，光伏阵列回馈电网电能，此时当直流母线的电压udc>800时，双向dc/dc变换器工作在buck模式下充电，直流母线的电压udc<800时，双向dc/dc变换器工作在boost模式下放电；

其中，ppv为光伏阵列的功率，pbat为储能电池的功率，pload为负载所需功率。

较佳地，所述双向dc/dc变换器为双重化双向dc/dc变换器。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明的积极进步效果在于：

本发明在光照强度值处于不同范围时，根据光伏阵列、梯次利用储能电池组、电网及负载的状态来控制并离网切换开关的切换以使得逆变器处于并网或离网运行模式下、控制双向dc/dc变换器工作在boost模式或buck模式下，从而使系统功率达到平衡，稳定运行。

附图说明

图1为本发明较佳实施例的基于梯次利用电池的光储充换电站系统的原理图。

图2为本发明较佳实施例的系统工作模式一的原理图。

图3为本发明较佳实施例的系统工作模式二的原理图。

图4为本发明较佳实施例的系统工作模式三的原理图。

图5为本发明较佳实施例的系统工作模式四的原理图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本实施例提供一种基于梯次利用电池的光储充换电站系统，其包括光伏阵列1、斩波变换器(mppt)2、梯次利用储能锂电池组3、双向dc/dc变换器4、直流母线5、并离网切换开关6、控制器7、逆变器8、电网9和负载10，所述双向dc/dc变换器4为双重化双向dc/dc变换器，所述负载10包括充电机、照明用电等。

所述光伏阵列1通过斩波变换器2与直流母线5电连接，所述梯次利用储能锂电池组3通过双向dc/dc变换器4与直流母线5电连接，所述电网9通过逆变器8与直流母线5电连接，所述并离网切换开关6与逆变器8电连接，所述负载10通过逆变器8与直流母线5电连接，所述并离网切换开关6与控制器7电连接。

在充电站供电系统中，可根据pv(光伏)阵列发电单元、梯次利用电池储能单元、电网及负载的状态来控制各个变换器工作在相应的模式下，使功率达到平衡，稳定运行。

本系统分为并网运行和离网运行两种模式，其中在运行过程中存在的功率平衡方程为：

并网时：ppv+pbat+pgrid＝pload

离网时：ppv+pbat＝pload

其中ppv为光伏阵列的功率，pbat为储能电池的功率，pgrid为电网提供或系统回馈给电网的功率，pload为负载所需功率。

系统在每个光照强度区间选择相应的工作模式，光照强度过高时，pv阵列此时可以和电网并网运行，将一部分光能回馈给电网，剩余的能量用来维持负荷和储能系统的需求，系统处于第一种运行模式下；当光照强度小幅度变弱时，此时pv阵列的能源只能维持负荷和储能的需求，因此不必再和电网并网，系统处于离网运行的模式下，系统处于第二种运行模式下；随着光照强度的再次下降，pv阵列的光能已无法满足负荷的需求，此时需要储能和pv一同向负荷供能，系统处于第三种模式下；当光照强度严重不足时，此时为了防止储能损耗太多以及及时为储能充能的目的，将储能与电网并网，由储能和电网一同向负荷供能。整个光储式并离网充电站以这四种运行模式来回切换来完成周期运行，通过依据光照强度的不同来改变运行模式，可以最大化的利用光伏资源，来达到经济和环保的目的。

在并离网切换的过程中，逆变器的运行模式必须随之调整，系统才能保持的更好的稳定性，在离网模式下逆变器控制方法采取电压外环电流内环的控制方法，在并网模式下逆变器采取pq控制的变形方式，以此来保证系统运行模式切换时的稳定性。

依据上述控制策略，可分为4种工作模式：

模式一：如图2所示，所述控制器用于在光照强度值低于第一阈值时，即光照强度严重不足时，系统处于储能和电网的并网运行模式，逆变器工作在并网模式下，此时ppv几乎为零，负载由电网和梯次利用储能锂电池组提供电能，双向dc/dc变换器工作在boost模式下放电并控制直流母线稳定在800v。

模式二：如图3所示，所述控制器还用于在光照强度值大于第一阈值且小于第二阈值时，即光照强度低谷时，系统处于离网运行模式，此时ppv+pbat>pload，逆变器工作在离网模式下，双向dc/dc变换器工作在boost模式下放电并控制直流母线稳定在800v。

模式三：如图4所示，所述控制器还用于在光照强度值大于第二阈值且小于第三阈值时，即光照强度强时，系统处于离网运行模式，此时ppv>pload，逆变器工作在离网模式下，双向dc/dc变换器工作在buck模式下充电并控制直流母线稳定在800v。

模式四：如图5所示，所述控制器还用于在光照强度值大于第三阈值时，即光照强度过强时，系统处于光伏、储能和电网并网运行模式，逆变器工作在并网模式下，光伏阵列回馈电网电能，此时当直流母线的电压udc>800时，双向dc/dc变换器工作在buck模式下充电，直流母线的电压udc<800时，双向dc/dc变换器工作在boost模式下放电。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。