一种基于光伏直流侧储能的电网智能调控系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于光伏直流侧储能的电网智能调控系统，包含区域主干电网，以及分别与区域主干电网连接的电网调度控制系统、其它电源和多个光伏电站，所述光伏电站包含光伏发电单元、储能单元、输电单元、电网智能调控子系统、蓄能电池、充放电控制单元、双向光伏逆变器、升降压变压器、电网、电网智能调控子系统，所述电网智能调控子系统包含集中智能调控子系统和能量调配管理系统。所述电网智能调控子系统包含集中智能控制单元和能量调配管理系统，通过同电网调度控制系统的信息交换来充分调配各个光伏电站的储能电量，提高电网对大规模清洁能源的消纳能力以及电力系统安全稳定水平，减少火电配比，节约能源支配。
【专利说明】
一种基于光伏直流侧储能的电网智能调控系统
技术领域
[0001]本发明涉及一种电网智能调控系统，尤其涉及一种基于光伏直流侧储能的电网智能调控系统，属于光伏直流侧储能电网智能调控系统领域。
【背景技术】
[0002]随着现代工业的发展，全球能源危机和大气污染问题日益突出，传统的燃料能源正在一天天减少，对环境造成的危害日益突出，同时全球约有20亿人得不到正常的能源供应。这个时候，全世界都把目光投向了可再生能源，希望可再生能源能够改变人类的能源结构，维持长远的可持续发展。近年来清洁能源得到了很大发展。电源结构也发生了很大变化，目前利用自然能源来发电的越来越多。
[0003]各种风力发电场、各种形式的光伏发电站也得到了很大推广。从电网来看，他们认为风电、光伏都是“垃圾电源”，很不稳定。风力发电的技术连续性很差，风大的时候就强，风小的时候就弱，造成现在弃风限电比较严重。光伏发电只在白天发电，夜间辐射度为零，出力也为零。光伏发电具有随机性、间歇性和明显周期性的特点，目前还不能准确预测，不能参与电力平衡进入发电计划安排。当光伏电站有出力时，电网中的其它电源需要调整出力，让出负荷由光伏发电供电。受天气影响，在光伏发电出力迅速下降时，必须由其它常规能源为其有功出力提供补偿调节，以保证对用电负荷持续、可靠、安全地供电。为光伏发电准备的可调容量，不能靠临时性的起停机完成，而是处于旋转备用状态。光伏发电装机容量越大，为此准备的旋转备用也就越大。所以电网需要调控其它火力发电来消峰填谷。新能源在电网电能比例一般要求不能大于15%。
[0004]受光伏发电波动性的限制，当并网光伏达到电网的一定比例后，这种波动性会给电网带来很大的危害，因此，光伏储能系统得到了发展。
[0005]现在储能基本上都是“张北集中储能”模式，张北集中储能是传统的光伏储能方法，它是集中式的，需要通过升压，降压，双向逆变器进行充放电过程，在这个过程中电能转换损耗大，而且投资成本很高，调配能力有限。集中建储能系统，也增加了电站成本。所以很难得到大力推广。
[0006]现有储能方式基本可以分为:
1.储水储能:利用电力负荷低谷时的电能抽水至上水库，在电力负荷高峰期再放水至下水库发电的水电站。
[0007]2.压缩空气储能:是指在电网负荷低谷期将电能用于压缩空气，将空气高压密封在报废矿井、沉降的海底储气罐、山洞、过期油气井或新建储气井中，在电网负荷高峰期释放压缩空气推动汽轮机发电的储能方式。
[0008]3.重力势能:将电能转化成重力势能储存起来
4.飞轮蓄能:利用电动机带动飞轮高速旋转，将电能转化成机械能储存起来，在需要时飞轮带动发电机发电。
[0009]5.化学储能:电化学储能包括铅酸电池、锂离子电池、液流电池、钠硫电池等等。
[0010]以上储能方式均不能作为电网系统调峰填谷，只能就地解决一些负荷的用电问题。
[0011 ]在发电侧建设的电储能设施，作为独立主体参与调峰，充电功率应在1Mff级以上，持续时间应在4小时级以上。这样一个电储能系统需要的投资不是一个小数目，尤其是对于利润因限电受到极大蚕食的光伏和风电，短期内在经济性上难以进行调整。
[0012]目前电网系统调配配额均是借助同等容量的火电做热备用，水电做辅助。这样大大增加火电的投资及能源浪费。
【发明内容】
[0013]本发明所要解决的技术问题是针对【背景技术】的不足提供了一种基于光伏直流侧储能的电网智能调控系统。
[0014]本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案:
一种基于光伏直流侧储能的电网智能调控系统，包含区域主干电网，以及分别与区域主干电网连接的电网调度控制系统、其它电源和多个光伏电站，所述光伏电站包含光伏发电单元、储能单元、输电单元、电网智能调控子系统、蓄能电池、充放电控制单元、双向光伏逆变器、升降压变压器、电网、电网智能调控子系统，所述电网智能调控子系统包含集中智能调控子系统和能量调配管理系统，所述光伏发电单元、储能单元、输电单元、电网依次连接，所述蓄能电池通过充放电控制单元与储能单元连接，所述双向光伏逆变器通过升降压变压器与输电单元连接，所述电网智能调控子系统分别与储能单元、输出单元和电网连接。
[0015]作为本发明一种基于光伏直流侧储能的电网智能调控系统的进一步优选方案，所述集中智能控制单元经过RS485或TP/IP以太网通讯分别与充放电控制单元、双向光伏逆变器和电网调度控制系统连接。
[0016]作为本发明一种基于光伏直流侧储能的电网智能调控系统的进一步优选方案，所述光伏发电单元包含依次连接的光伏电池板阵列和光伏汇流箱。
[0017]作为本发明一种基于光伏直流侧储能的电网智能调控系统的进一步优选方案，电网智能调控系统是结合现有电网调控方式及控制原理，通过各个光伏调控子系统来充分调配光伏电能。
[0018]作为本发明一种基于光伏直流侧储能的电网智能调控系统的进一步优选方案，所述双向光伏逆变器采用华为SUN2000系列的双向光伏逆变器。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果:
1、本发明解决传统光伏电站发电能力与输出能力不匹配，不同天气环境影响下上网电能质量差的问题；
2、本发明采用开发直流侧储能方式，在不增加单位发电成本的前提下，对比集中式储能提高输变电效率，改善输入电网电能质量，为打破新能源在电网电能15%瓶颈，做有益的实验；
3、本发明增加光伏电站电池组件发电单元装量，发电曲线高峰值超越输变电功率曲线，超出的发电功率在逆变器直流侧DC/DC储能吸纳，低于输变电功率曲线储能释放补偿，形成类似水电、火电稳定功率发电曲线；
4、本发明通过储能的方法来平衡太阳能的波动，使并网逆变器的功率能够平稳输出，减少对电网运行的危害；
5、本发明通过直流侧光储系统的示范应用，提高电网对大规模清洁能源的消纳能力以及电力系统安全稳定水平，为国家支撑计划“风、光、水、气”互补发电联合运行打下坚实的基础；
6、本发明除了又可以消纳电网风电的富余电量，达到风光或其它电能互补的作用，长期来看可以取代火电机组的调峰调频功能，减少火电配比，节约能源支配。
【附图说明】
[0019]图1是本发明的系统结构原理图；
图2是本发明的增加发电光伏板、储能补偿和传统500KW发电功率曲线示意图；
图3是本发明的光伏电站原发电曲线和平滑后的曲线示意图；
图4是本发明的DC/DC工作方式流程图；
图5是本发明的DC/AC工作方式流程图；
图6是本发明的内部模块通讯方式示意图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明:
如图1所示，一种基于光伏直流侧储能的电网智能调控系统，包含区域主干电网，以及分别与区域主干电网连接的电网调度控制系统、其它电源和多个光伏电站，所述光伏电站包含光伏发电单元、储能单元、输电单元、电网智能调控子系统、蓄能电池、充放电控制单元、双向光伏逆变器、升降压变压器、电网、电网智能调控子系统，所述电网智能调控子系统包含集中智能调控子系统和能量调配管理系统，所述光伏发电单元、储能单元、输电单元、电网依次连接，所述蓄能电池通过充放电控制单元与储能单元连接，所述双向光伏逆变器通过升降压变压器与输电单元连接，所述电网智能调控子系统分别与储能单元、输出单元和电网连接，所述集中智能控制单元经过RS485或TP/IP以太网通讯分别与充放电控制单元、双向光伏逆变器和电网调度控制系统连接，所述光伏发电单元包含依次连接的光伏电池板阵列和光伏汇流箱。所述双向光伏逆变器采用华为SUN2000系列的双向光伏逆变器。
[0021]如图6所示，本发明的内部模块通讯方式示意图:所述光伏组件的输出端经过充电DC/DC模块连接蓄能电池的输入端，用于将光伏组件产生的电能存储到蓄能电池;所述光伏组件的输出端经过双向光伏逆变器连接电网的输入端，用于将光伏组件产生的电能经过升压为电网提供所需电能;所述蓄能电池的输出端依次经过放电DC/DC模块、双向光伏逆变器连接电网的输入端，用于将蓄能电池存储的电能经过升压为电网提供所需电能;所述集中智能控制单元分别与充电DC/DC模块、蓄能电池、放电DC/DC模块和双向光伏逆变器进行信息交互，用于实时监控其电能状态。所述集中智能控制单元经过RS485通讯分别与充电DC/DC模块、蓄能电池、放电DC/DC模块和双向光伏逆变器连接。
[0022]充电DC/DC模块的作用是把光伏组件升压后连接到蓄能电池和DC/AC上，DC/DCS完成MPPT，当DC/AC出现限电指令或停机时，充电DC/DC模块把光伏电池板的能量存入储能电池中。
[0023]DC/AC逆变器的作用是把光伏电池板的能量和储能电池上的能量输送到电网上去。
[0024]蓄能电池的作用是当光伏能量过多或者在电网限电时把光伏电池的能量存储能电池时，当出现光伏发电波动时，储能电池放电，达到平衡直流波动的目的。当在用电低谷且光伏电池板没有能量时，也可消纳风能等过剩电能，电网调度可通过AC/DC对储能电池充电。
[0025]电网系统调配:电网系统可以根据光伏储能的电量进行系统调配，各个光伏电站的储能电量通过智能集中能量控制系统把每个电站的储能电量上送到电网调度系统中心。正常情况下由光伏直发电并网输送电能，在光伏板出力不足时根据所缺电能额度，电网调度系统中心发出调控指令，由各个光伏电站储能设备出力输送电能给电网填谷，达到电网输电平衡。在电网电能富裕，光伏储能设备闲置的情况下，电网调度系统中心可以根据储能设备的蓄能情况进行充电，吸收电网的多余电量。
[0026]本发明创造的效果和优点:结合发明创造的结构特征写明其与现有技术相比具有的优点:比如产率、质量、精度和效率的提高，能耗、原材料、工序的节省;加工、操作、控制、使用的简便，环境污染的治理或根治等。
[0027]本发明相比于其它方案，减少了多次能量转换过程;DC/AC—升压降压一AC/DC等过程，直接在双向光伏逆变器直流侧完成储能，杜绝了电能多次转化20%以上的损耗，但效果是一样的，达到降低成本的的目的。通过同电网调度控制系统的信息交换充分调配储能电能，达到降低或取代火电的热备用配额，节能减排、节约能源消耗。
[0028]-、经济效益:
I对比集中式储能每兆瓦每天一个充放周期计算25年内可节约大概20.53万元 I对比集中储能电站每兆瓦配置投资节约大概87.5万元二、社会效益:
提高新能源发电输入电网能质量;在不增加企业的单位发电成本，国家对储能额外进行补助下，就可提高新能源发电输入电网能质量的目；将大提高新能源发电比重;为打破新能源在电网电能15%瓶颈，做有益的实验;可具有AGC/AVC (有功/无功自动控制系统)调节能力;众多直流侧储能光伏电站的投运，可具有AGC/AVC调节能力的储能电池组，可组成庞大的可调配资源，提供更好的电压支撑功能，为国家支撑计划“风光、水、火、气、核”互补和电网的综合调节能力起到巨大作用。
[0029]三、生态环境:
新能源产品，无污染:系统中光伏组件、锂电池储能柜、新能源产品，环境友好无污染。
[0030]节能减排:举例2MW光伏系统(实际配置2.5MW)年发电450万千瓦时，每年可节省1809.78吨标准煤，减少1222.83吨粉尘、4475.54吨C02排放量。
[0031]充分利用太阳能资源:太阳能光照资源丰富的地区，充分利用清洁能源。
[0032]如图2所示，本发明的增加发电光伏板、储能补偿和传统500KW发电功率曲线示意图；增加光伏电站电池组件发电单元装量，发电曲线高峰值超越输变电功率曲线，超出的发电功率在逆变器直流侧DC/DC储能吸纳，低于输变电功率曲线储能释放补偿，形成类似水电火电稳定功率发电曲线。
[0033]如图3所示，本发明的光伏电站原发电曲线和平滑后的曲线示意图，除标准模式的功率补偿模式，系统还会根据光功率预测和站内气象站的数据，智能识别阴雨天气、雨雪天气等不同的天气模式，系统则按不同的补偿方式对电能质量进行修复，保障电能稳定输出。
[0034]电网系统可以根据光伏储能的电量进行系统调配，各个光伏电站的储能电量通过智能集中能量控制系统中心把每个电站的储能电量上送到电网调度系统中心。正常情况下由光伏直发电并网输送电能，在光伏板出力不足时根据所缺电能额度，电网调度系统中心发出调控指令，由各个光伏电站储能设备出力输送电能给电网填谷，达到电网输电平衡。在电网电能富裕，光伏储能设备闲置的情况下，电网调度系统中心可以根据储能设备的蓄能情况进行充电，吸收电网的多余电量。
[0035]I)如图4所示，DC/DC是单向开关直流升压电路升压电路，其作用是把光伏电池板的能量升压后存入储能电池或者通过DC/AC逆变后传送到电网上去。它接收DC/AC和电池管理器发过来的信息.当DC/AC输出的能量和DC/DC MPPT输出的能量相等时，光伏电池板的能量将由DC/AC全部输出到电网上去，当DC/AC出现故障或者限电指令，DC/DC输出的部份能量将转入储能电池中，达到光伏电池板的发电量都能够得到利用，不出现弃电的现象。
[0036]2)如图5所示，DC/AC是双向逆变器，双向逆变器就是能量可以双向流动，可以工作在整流和逆变两种工作模式。其工作方法为恒压或恒流模式，恒压工作时DC/DC进行MPPT工作，把电池板的能量通过DC/AC输送到电网。当DC/DC没有输出时或能量不够时，DC/AC则转入恒流工作模式，此时DC/AC输入由储能电池和DC/DC共同提供，这样DC/AC输出的功率变化波动会比较小，达到平滑光伏输出的目的。当在晚上的时候，光伏电池板没有能量，可以通过AC/DC对储能电池充电，用电高峰时再由DC/AC进行放电，达到消峰填谷或与风能等其他电能互补的作用。
[0037]3)储能电池的作用是当光伏电池输出能量过多时进行充电，当光伏电池能量不够时进行放电工作。储能电池由电池管理器对其进行监控，时时检测电池的信息并通过CAN通信传送给DC/DC和DC/AC。当储能电池出现过充或都过放时，储能电池的状态会通过CAN通信传送给DC/DC和DC/AC进行降功率或停机处理。
[0038]通信模块的作用是把DC/DC、DC/AC的工作模式相互告诉对方，并接收储能电池的电池信息。
[0039]综上所述，本发明解决传统光伏电站发电能力与输出能力不匹配，不同天气环境影响下上网电能质量差的问题;本发明采用开发直流侧储能方式，在不增加单位发电成本的前提下，对比集中式储能提高输变电效率，改善输入电网电能质量，为打破新能源在电网电能15%瓶颈，做有益的实验;本发明增加光伏电站电池组件发电单元装量，发电曲线高峰值超越输变电功率曲线，超出的发电功率在逆变器直流侧DC/DC储能吸纳，低于输变电功率曲线储能释放补偿，形成类似水电、火电稳定功率发电曲线。本发明通过储能的方法来平衡太阳能的波动，使并网逆变器的功率能够平稳输出，减少对电网运行的危害。本发明通过直流侧光储系统的示范应用，提高电网对大规模清洁能源的消纳能力以及电力系统安全稳定水平，为国家支撑计划“风、光、水、气”互补发电联合运行打下坚实的基础。本发明除了又可以消纳电网风电的富余电量，达到风光或其它电能互补的作用，长期来看可以取代火电机组的调峰调频功能。减少火电配比，节约能源支配。
[0040]本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
[0041]以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以再不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
【主权项】
1.一种基于光伏直流侧储能的电网智能调控系统，其特征在于:包含区域主干电网，以及分别与区域主干电网连接的电网调度控制系统、其它电源和多个光伏电站，所述光伏电站包含光伏发电单元、储能单元、输电单元、电网智能调控子系统、蓄能电池、充放电控制单元、双向光伏逆变器、升降压变压器、电网、电网智能调控子系统，所述电网智能调控子系统包含集中智能调控子系统和能量调配管理系统，所述光伏发电单元、储能单元、输电单元、电网依次连接，所述蓄能电池通过充放电控制单元与储能单元连接，所述双向光伏逆变器通过升降压变压器与输电单元连接，所述电网智能调控子系统分别与储能单元、输出单元和电网连接。2.根据权利要求1所述的一种基于光伏直流侧储能的电网智能调控系统，其特征在于:所述集中智能控制单元经过RS485或TP/IP以太网通讯分别与充放电控制单元、双向光伏逆变器和电网调度控制系统连接。3.根据权利要求1所述的一种基于光伏直流侧储能的电网智能调控系统，其特征在于:所述光伏发电单元包含依次连接的光伏电池板阵列和光伏汇流箱。4.根据权利要求1所述一种基于光伏直流侧储能的电网智能调控系统，其特征在于:电网智能调控系统是结合现有电网调控方式及控制原理，通过各个光伏调控子系统来充分调配光伏电能。5.根据权利要求1所述一种基于光伏直流侧储能的电网智能调控系统，其特征在于:所述双向光伏逆变器采用华为SUN2000系列的双向光伏逆变器。
【文档编号】H02J3/32GK105932704SQ201610520928
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年7月4日
【发明人】何春涛, 刘长平, 夏应超, 崔立强
【申请人】南京威尔泰电气工程有限公司