一种光伏储能电池发电系统及控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于光伏发电技术领域，特别是设及一种由单体光伏电池组件和储能电池 单体构成模组，再由模组串并联构成动态拓扑的光伏储能发电系统及其控制方法。
【背景技术】
[0002] 太阳能是一种无处不在、资源丰富又无污染的新型能源。我国拥有丰富的太阳能 资源，太阳能年总福射量大于10504胖.11/1112的地区占国±面积的96%^上。由于太阳能资 源充足、分布广泛、安全清洁，而且太阳能转换技术已日渐成熟，因此太阳能被认为是人类 在21世纪代替传统化石能源的最佳选择之一。由于太阳能具有间歇性、波动性等特点，与储 能单元混合应用被广泛采用，其中光伏/裡电系统属于典型应用。对于光伏/裡电储能发电 系统而言，目前其技术依旧沿袭光伏/铅酸需电池储能的发电模式。虽然光伏电池发电具有 诸多优点，而且裡电池的安全性日益提高，但依旧遭受两方面的困扰:一是由于光伏板单元 组合时，难W避免其部分光伏板区域受到阴影遮挡，光伏电池存在"阴影效应"和"热斑"问 题，影响光伏电池使用寿命和能量利用率；另一方面是串并联集中式储能电池同样面对着 均衡性和循环寿命等问题。因而，需要寻求解决光伏/储能电池发电系统新的拓扑结构、更 有效的管理方法，运对促进光伏裡电储能发电系统的产业化应用具有重要的现实意义。
[0003] 专利《太阳能蓄电系统及太阳能供电系统KCN201010612466.9)由多个相互串联 的太阳能蓄电模块组成，每个蓄电模块通过实时检测裡电池单体的电压，将其与负载所需 电压W及自身裡电池单体的放电截止电压进行比较，将电压信息转为数字信息，随后控制 裡电池在蓄电模块中的切入切出，实现单个多个蓄电池模块在整个太阳能供电系统的切入 切出。在太阳能供电系统中，专利CN201010612466.9解决了裡电池串联引起的均衡性问题。
[0004] 但是无论将太阳能蓄电模块如何串联或并联进行组装，当整个光伏发电系统中有 局部出现遮挡，都会使得局部光伏板受太阳光照量相比其他光伏板少，使得局部光伏板无 法正常对裡电池进行充电或对负载进行供电，且存在光伏电池的"阴影效应"和"热斑"问 题;且储能电池组中的单体电池不一致性也一直是业内难W有效解决的难题。
【发明内容】
[0005] 为了解决上述问题，本发明提出了一种光伏储能电池发电系统及控制方法，能够 实现光伏蓄电模组和串联支路的合理投入切出，有效缓解了光伏电池的阴影效应和储能电 池组一致性问题对光伏储能发电系统的影响。
[0006] 为达到上述目的，本发明采用的技术方案是:一种光伏储能电池发电系统，所述系 统包括:光伏储能电池模组、串联支路控制器单元、系统控制器、DC/D对莫块和直流母线；
[0007] 其中，所述光伏储能电池模组包括光伏电池组件、储能电池单体、开关电路和模组 控制器，所述光伏电池组件和所述储能电池单体通过所述开关电路并联，所述开关电路连 接在所述模组控制器端口上并接受其控制指令，根据负载电压需求串联所述光伏储能电池 模组形成串联支路，再根据负载对电力电量的需求将串联支路通过所述的DC/DC模块相互 并联；
[000引所述串联支路控制器单元设置在所述串联支路上;通过所述DC/DC模块将串联支 路并联到所述直流母线上;所述系统控制器分别与光伏储能电池模组、串联支路控制器单 元和DC/D对莫块相连接，管理整个发电系统。
[0009] 进一步的是，所述光伏储能电池模组中光伏电池组件和储能电池单体为并联关 系;所述光伏电池组件和储能电池单体参数匹配原则为所述储能电池单体的正常工作电压 根据所述光伏电池组件的最大功率点电压而定，实现光伏电池组件的最大功率跟踪;储能 电池单体的容量根据光伏电池组件在规定周期内的发电量而定;且光伏电池组件给储能电 池单体充电时满足最大充电倍率限制，使得储能电池单体能充分和安全吸收光伏电池组件 电能。
[0010] 进一步的是，所述DC/D对莫块将串联支路并联到直流母线，保持直流母线的电压等 级，并可为直流负载供电;所述直流母线上设置有直流稳压电容和直流母线电压检测模块； 所述系统控制器包括输出电压检测模块、系统开关控制器和系统开关，所述系统开关设置 在直流母线上，由所述系统开关控制器控制系统开关实现整个系统的启停;直流母线也可 W与逆变器相连，满足交流负载的需求。
[0011] 进一步的是，所述串联支路相互并联，并联支路的数量根据负载最大功率而定，并 加入冗余量;所述串联支路控制器单元包括串联支路控制器和串联支路开关，所述串联支 路开关控制所述串联支路的投入和切出；所述串联支路的投入和切出，由串联支路控制器 根据串联支路的电压和由系统控制器根据负载功率和母线电压共同控制串联支路开关和 串联支路中光伏储能电池模组的投切，系统控制器控制命令优先；系统控制器命令任意光 伏储能电池模组退出系统时，光伏电池组件仍然可W给所在光伏储能电池模组的储能电池 单体充电；串联支路的最小光伏储能电池模组数由DC/DC模块的工作电压决定，最大串联光 伏储能电池模组数根据成本和可靠性设置一定的冗余度。
[0012] 进一步的是，所述DC/D对莫块输入侧设有电压监测单元，电压监测单元输出端连接 至所述串联模组控制器，由所述串联模组控制器控制串联支路中光伏储能电池模组的投入 与切出，使串联支路DC/DC模块输入电压处于合理范围。
[0013] 进一步的是，模组控制器包括储能电池检测保护单元、光伏电池检测单元和控制 单元，用于实时监测储能电池单体和光伏电池组件的工作信号，由所述工作信号实现储能 电池单体保护、光伏电池保护和光伏储能电池模组投入与切出的控制。
[0014] 另一方面，本发明还提供了一种光伏储能电池发电系统的控制方法，通过监测光 伏电池组件和储能电池单体的工作信号，控制光伏电池组件、储能电池单体及光伏储能电 池模组的切入与切出；通过监测串联支路电压信号，控制光伏储能电池模组的投入与切出； 通过监测母线电压和负载电流信号，控制串联支路的投入与切出W及整个系统的启停。
[0015] 进一步的是，光伏储能电池模组自由切入切出整个发电系统;光伏储能电池模组 切入系统时，由光伏电池组件和储能电池单体同时为负载供电，光伏电池组件为负载供电 而储能电池单体切出系统，光伏电池组件为负载供电而且为储能电池单体充电或光伏电池 组件切出系统而储能电池单体为负载供电；光伏储能电池模组切出系统时，光伏储能电池 模组中的光伏电池组件和储能电池单体均切出系统，但在不过充的情况下光伏电池组件仍 然给储能电池单体充电。
[0016] 进一步的是，所述光伏储能电池模组内部光伏电池组件和储能电池单体的的切入 与切出，当储能电池单体溫度处于正常范围，且储能电池单体端口电压大于储能电池单体 的放电截止电压或储能电池单体的端口电压小于储能电池单体的充电截止电压，可令储能 电池单体投入；当光伏电池组件的开路电压大于储能电池单体的端口电压且溫度正常时， 令光伏电池组件投入；当储能电池单体溫度过高或储能电池单体端口电压小于储能电池单 体放电截止电压、储能电池单体端口电压大于储能电池单体充电截止电压或充放电电流持 续大于允许值，令储能电池单体切出；当光伏电池组件溫度过高、电流过小或出现反向电流 时，令光伏电池组件切出；当光伏储能电池模组中光伏电池组件和储能电池单体同时切出， 光伏储能电池模组内部的旁路开关闭合，否则旁路开关断开。
[0017] 进一步的是，控制串联支路的投入与切出方法为，当所述串联支路处于投入状态 的光伏储能电池模组的数量或支路低于DC/DC模块工作范围下限时，断开串联支路开关W 保证系统稳定运行;对于切出系统的串联支路，当检测到光伏储能电池模组串联支路满足 正常工作条件时，重新闭合串联支路开关使其投入运行；当DC/DC模块输入端电压高于DC/ DC模块的工作范围上限时，则对已投入运行的光伏储能电池模组，根据储能电池单体的电 压值，由电压值从低到高的顺序通过串联支路控制器单元逐个将串联支路中的光伏储能电 池模组切出系统，此时所切出的光伏储能电池模组不向负载供电，但光伏储能电池模组中 的光伏电池组件能够为储能电池单体充电；反之，当DC/D对莫块输入端电压接近工作范围下 限时，则对已切出系统的光伏储能电池模组，根据储能电池单体的电压值，由电压值从高到 低的顺序通过串联支路控制器单元逐个将光伏储能模组逐个投入系统，直到所在串联支路 的DC/D对莫块输入端电压接近上限。
[0018] 采用本技术方案的有益效果：
[0019] 本发明所提出的一种光伏储能电池发电系统，通过光伏储能电池模组的投入切 出，能够实现光伏储能发电系统的能量管理;光伏储能电池模组，可实现光伏电池组件与储 能电池单体及其模组动态灵活切入切出，并将模组串并联，而且每个模组也可W从系统动 态灵活切入切出，实现拓扑的动态变化，构成动态拓扑光伏储能智能发电系统，有效缓解了 光伏电池的"阴影效应"，解决储能电池组中各储能电池单体的一致性问题，无需对储能电 池组进行均衡管理。本发明所提出一种光伏储能电池发电系统的控