一种光伏储能并网发电系统及其运行方法与流程

本发明涉及光伏发电储能技术领域，尤其是涉及一种光伏储能并网发电系统及其运行方法。

背景技术：

随着经济社会的发展，电能成了人们生活工作以及生产所必需的能量,但是根据人们的活动规律，用电高峰和用电低峰两者耗电量差距悬殊，从而影响电网的稳定性。为了减小峰谷电时段用电需求的巨大差值，国家推出了峰谷电价的政策，即在用电峰时段，提高电价，在用电谷时段，降低电机，通过价格杠杆减少抑制部分企业和居民用电，使其错开用电峰时段，同时减少部分电能的浪费。

但是由于生产、工作和生活的需求，采用峰谷电的方法只能减少部分用电，对用电高峰和用电低峰两者的耗电量差距效果甚微，因此需要提出一种新的技术方案来解决上述技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种光伏储能并网发电系统及其运行方法，通过设置储能模块在用电谷时段时对电能进行存储，在用电高峰时进行供电，以此缓减市电电网用电高峰时的供电压力，提高市电电网供电质量。

本发明的上述发明目的一是通过以下技术方案得以实现的：

一种光伏储能并网发电系统，其特征在于：包括与市电电网连接的储能模块，所述储能模块连接有负载模块并可向负载模块供电，所述负载模块与市电电网连接并可向市电电网获取电能；所述储能模块包括用于存储电能的蓄电池组和双向逆变器，所述蓄电池组可通过双向逆变器向市电电网和负载模块放电。

通过采用上述技术方案，通过设置储能模块并使得储能模块与市电电网和负载模块连接，利用储能模块的存电和放电作用，在用电低峰时对电能进行存储，在用电高峰期通过储能模块对负载模块进行放电供能，从而降低负载模块在用电高峰期对从市电电网获取电能的量，减缓市电电网在用电高峰期的供电压力，从而保证市电电网在用电高峰期的供电质量。

本发明进一步设置为：所述储能模块还连接有光伏发电模块，所述光伏发电模块包括用于转换太阳能的太阳能电池组件、光伏并网逆变器和汇流箱，所述太阳能电池组件设置于支架上，所述支架呈倾斜设置；所述光伏发电模块还连接于负载模块和市电电网。

通过采用上述技术方案，通过设置光伏发电模块对太阳能进行转换利用，提高对清洁能源利用的同时，也能够在平时段和谷时段减少储能模块和负载模块从市电电网中获取电能，同时通过光伏发电模块与市电电网连接，在光伏发电模块转换电能满足负载供电且储能模块电能存满时，通过将电能馈入市电电网以避免电能的浪费。

本发明进一步设置为：所述太阳能电池通过电缆接入汇流箱，所述汇流箱含有防雷保护组件，所述支架设有避雷针。

通过采用上述技术方案，通过设置防雷保护组件可有效避免雷击导致的设备损坏，通过在支架上设置避雷针，避免太阳能电池组件在使用过程中受雷电影响。

本发明进一步设置为：系统还包括ems能量管理单元，所述ems能量管理单元具备侧响应模式、分时电价模式和清洁能源利用的运行模式。

通过采用上述技术方案，通过设置ems能量管理单元对光伏发电模块和储能模块进行实时监控，使得负载模块获取电能的途径能够根据实况进行快速切换，保证负载模块运转的稳定，同时使得光伏发电模块在光照充足时能够将多余的能量存入蓄电池组内，在光照不足时使用，避免能量浪费。

本发明进一步设置为：所述光伏发电模块与储能模块、负载模块以及市电电网之间设有优先控制单元，所述优先控制单元用于控制光伏发电模块与储能模块、负载模块和市电电网之间的通断；所述优先控制单元包括：

检测电路，用于检测外界光照强度和所处时间段，并在检测到光照强度和峰时段时输出检测信号；

控制电路，用于接收并响应检测信号，在接收到检测信号时，输出控制信号，控制光伏发电模块与市电电网连接、与负载模块和储能模块之间的连接断开。

通过采用上述技术方案，通过设置优先控制单元对光伏发电模块与储能模块、负载模块和市电电网之间的通断进行控制，通过检测电路对光照强度和所处时段进行检测，当光伏发电模块处于有光且高峰期时，通过控制电路对光伏发电模块的连接进行切换，从而实现在峰时段，当光照强度满足太阳能电池组件的发电要求时，通过优先控制单元将光伏发电模块与市电电网进行连接，使得光伏发电模块对市电电网进行放电，从而缓减市电市电网在峰时段的供电压力。

本发明进一步设置为：所述检测电路包括：

光照强度检测器，用于检测外界光照强度，并在检测到光照强度时输出高电平；

单片机，在峰时段输出高电平，在谷时段和平时段输出低电平；

逻辑门元件，耦接于光照强度检测器和单片机，用于接收光照强度检测器和单元机的输出信号，并输出检测信号。

通过采用上述技术方案，通过设置检测电路的检测元件，光照强度检测器对光照强度进行检测，单片机根据时间段预设高低电平，在逻辑门元件的整合下，在峰时段，当光照强度满足太阳能电池组件的发电要求时，输出检测信号。

本发明进一步设置为：所述控制电路包括控制极连接于逻辑门元件输出端的开关元件、继电器和电池，所述开关元件串联于电池和地之间；所述继电器的励磁线圈串联于电池和开关元件之间，所述继电器的第一常闭触点串联于光伏发电模块与储能模块和负载模块之间，所述继电器的第二常开触点串联于光伏发电模块与市电电网之间。

通过采用上述技术方案，通过控制电路实现对光伏发电模块与市电电网连接、与负载模块和储能模块之间的连接控制。

本发明的另一目的在于提供一种光伏储能并网发电系统的运行方法，其特征在于：包括如下步骤：

s1、当用电时段为谷时段时，该时段市电电网供电压力最小，市电电网对所述负载模块进行供电，对储能模块进行充电直至充满；

s2、当用电时段为平时段时，该时段市电电网供电压力小，市电电网对所述储能模块进行供电，此时若所述储能模块已经充满电，则该时段停止工作，若所述储能模块未充满电，则该时段进行电能补充；

s3、当用电时段为峰时段时，该时段市电电网供电压力大，所述储能模块对负载模块进行放电，所述优先控制单元可控制光伏发电模块与市电电网连接并对市电电网放电；

s4、所述储能模块在进入谷时段的前一个峰时段时，所述储能模块对负载模块和/或市电电网进行放电，并使储能模块所蓄存的电能小于百分之五。

通过采用上述技术方案，通过设置对储能模块储电和放电的控制方法，实现在谷时段使市电电网对储能模块进行充电储能，在峰时段使储能模块对负载进行放电，在平时段市电电网对负载模块进行供电，并更加上一峰时段储能模块的放电情况对储能模块进行电能补充，并在进入谷时段前的一个峰时段内使得储能模块对市电电网进行放电，对市电电网的电能进行补充，从而减缓市电电网的供电压力。

本发明进一步设置为：所述光伏发电模块在谷时段和平时段的发电量大于负载模块所需电能时，所述光伏发电模块将多余的发电量存储于储能模块内直至充满，并在储能模块充满电后向市电电网放电。

通过采用上述技术方案，在谷时段和平时段，将光伏发电模块的电能优先供给负载模块减少转换过程中电能的浪费，通过在储能模块充满电后，将光伏发电模块与市电电网连接，从而对市电电网电能补充，避免电能浪费。

综上所述，本发明的有益技术效果为：通过设置储能模块的充放电，使其在谷时段和平时段利用储能模块对市电电网的电能进出存储，在峰时段对负载模块进行放电，从而减少负载模块在峰时段从市电电网获取的电能量，减缓市电电网的供电压力，以提高供电质量；通过设置光伏发电模块对太阳能进行转换利用，从而降低负载模块对市电电网中电能的获取，通过设置优先控制单元，从而实现在峰时段，当光照强度满足太阳能电池组件的发电要求时，通过优先控制单元将光伏发电模块与市电电网进行连接，使得光伏发电模块对市电电网进行放电，从而进一步缓减市电市电网在峰时段的供电压力。

附图说明

图1是本发明的整体结构框图；

图2是本发明的整体结构电路图，主要显示了各组成部分之间的电路连接关系；

图3是本发明的部分结构电路图，主要显示了光伏发电模块的组成；

图4是本发明的部分结构示意图，主要显示了太阳能电池组件和支架之间的关系。

图中：1、储能模块；11、蓄电池组；12、双向逆变器；2、负载模块；3、光伏发电模块；31、太阳能电池组件；32、光伏并网逆变器；33、汇流箱；34、支架；35、配电保护装置；4、ems能量管理单元；5、bms电池管理单元；6、优先控制单元；61、检测电路；611、光照强度检测器；612、单片机；62、控制电路。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

参照图1，为本发明公开的一种光伏储能并网发电系统，包括与市电电网连接的储能模块1，储能模块1可向市电电网获取电能并对电能进行存储。储能模块1连接有负载模块2并可向负载模块2供电，同时负载模块2还与市电电网连接并可向市电电网获取电能。

参照图1和图2，为降低市电电网中电能的消耗，系统还包括光伏发电模块3，光伏发电模块3与负载模块2和储能模块1连接，在其发电量大于负载模块2时还能将电能存储在储能模块1中，减少负载模块2和储能模块1向市电电网获取电能的量。光伏发电模块3包括用于转换太阳能的太阳能电池组件31、光伏并网逆变器32和汇流箱33，其中本实施例中太阳能电池组件31选用多晶硅太阳能电池板，且太阳能电池板呈阵列设计。

参照图4，太阳能电池组件31固定设置于支架34上，且支架34呈倾斜设置。对应倾角固定安装的太阳能电池组件31，其接收到的太阳能辐射能与支架34安装倾角有关，当根据辐射量计算公式为：rβ＝s×[sin(α+β)/sinα]+d，式中：rβ为倾斜光伏阵列面上的太阳能总辐射量，s为水平面上太阳直接辐射量，d为散射辐射量，α为中午时分的太阳高度角，β为光伏阵列倾角，并根据支架34安装的位置和当地气象站台资料调整支架34的倾斜角度，本实施例中支架34安装的倾角为25度左右时，太阳能组件全年接收到的太阳能辐射能量最大。为避免太阳能电池组件31在使用过程中受雷电影响，支架34采用金属材料制成，支架34固定设有避雷针（图中未显示）；且本实施例中支架34采用q235的热镀锌钢板材制成，从而保证支架34在使用过程中不易腐蚀生锈。

参照图2和图3，光伏并网逆变器32采用额度功率为60kw的光伏并网逆变器32，且光伏并网逆变器32的核心控制采用基于svpwm的无冲击同步并网技术及多路ppt系统，具有完善的故障自检、保护和显示功能，系统的可靠性更高，可适应恶劣的电网环境。由于光伏并网逆变器32的直流工作电压范围为450vdc至850vdc，并考虑到温度变化系数的影响，因此太阳能电池组件31串联的组件数应为24块，且共设有12个组串，实际发电功率可达66kwp。

参照图2和图3，太阳能电池组件31与光伏并网逆变器32连接，光伏并网逆变器32的输出端通过电缆连接到汇流箱33的汇流总线，通过汇流箱33的汇流总线连接到400v配电系统，以此将光伏发电模块3转换太阳能所获取的电能馈入400v线路。汇流箱33内含有防雷保护组件，通过设置防雷保护组件可有效避免雷击导致的设备损坏。汇流箱33与光伏并网逆变器32之间设有配电保护装置35，配电保护装置35包括可视断点、过流检测、三相复合开关以及三相电度表等，对电路中的不正常情况起到设备保护。光伏发电模块3在太阳能电池组件31未接收到辐射能量时不发电，在电网发生故障或变电站由于检修等人为临时停电时也不发电，当电网恢复后，光伏发电模块3会检测到电网的恢复而自动恢复并网发电。

参照图2，储能模块1包括用于存储电能的蓄电池组11和双向逆变器12，市电电网对储能模块1进行供能时，储能模块1获取的电能存储在蓄电池组11内，同时蓄电池组11也能将存储在其内部的电能通过双向逆变器12向市电电网放电。双向逆变器12采用交流耦合方式，既可以独立运行又可以与电网进行能量交互、具有离网、并网放电、并网充电、电能双向流动控制功能，实现并离网无缝切换。储能模块1采用削峰填谷形式，在谷时段和平时段向市电电网获取电能并存储在蓄电池组11内，在峰时段向外放电，从而缓解市电电网在用电峰时段的供电压力，提高市电电网供电质量。

参照图2，蓄电池组11不仅用来存储来自于市电电网的电能，也用于存储光伏发电模块3的电能，本实施例中蓄电池组11采用ec-auu206-nah3l7的方形铝壳的磷酸铁锂芯为基本电池单元进行配置，蓄电池组11由多块100kwh的基本电池单元串联而成，因此可确保一段时间内在离网状态下对负载提供不间断的供电，保证负载运行的安全可靠。

参照图2，系统还包括ems能量管理单元4和bms电池管理单元5，ems能量管理单元4具备侧响应模式、分时电价模式和清洁能源利用的运行模式，在光照充足时能够将多余的能量存入蓄电池组11内，在光照不足时使用，避免能量浪费。bms电池管理单元5实时采集、处理蓄电池组11运行过程中的重要信息，并与外部设备进行信息交换，在蓄电池组11运行过程中实时告警和保护。

参照图2，光伏发电模块3与储能模块1、负载模块2以及市电电网之间设有优先控制单元6，通过设置优先控制单元6对光伏发电模块3与储能模块1、负载模块2和市电电网之间的通断进行控制。优先控制单元6包括检测电路61和控制电路62，检测电路61用于检测外界光照强度和所处时间段，并在检测到光照强度和峰时段时输出检测信号；控制电路62用于接收并响应检测信号，在接收到检测信号时，输出控制信号，控制光伏发电模块3与市电电网连接、与负载模块2和储能模块1之间的连接断开，从而实现在峰时段，当光照强度满足太阳能电池组件31的发电要求时，通过优先控制单元6将光伏发电模块3与市电电网进行连接，使得光伏发电模块3对市电电网进行放电，从而缓减市电市电网在峰时段的供电压力。

参照图2，检测电路61包括光照强度检测器611、单片机612以及逻辑门元件and，光照强度检测器611和单片机612的输出端与逻辑门元件and的两个输入端连接。光照强度检测器611设置于支架34上用于检测外界的光照强度，并在光照强度满足太阳能电池组件31将其转换成电能时输出高电平；单片机612根据市电电网的供电需求输出高电平或低电平，也能根据用户需求进行调整，本实施例中单片机612在峰时段输出高电平，在谷时段和平时段输出低电平；逻辑门元件and采用与门，当光照强度检测器611和单片机612均输出高电平时，逻辑门元件and输出的检测信号为高电平。

参照图2，控制电路62包括用于供电的电池vcc、开关元件q和继电器km，开关元件q的控制极与逻辑门元件and的输出端连接，开关元件q采用npn型三极管，开关元件q的集电极与继电器km的励磁线圈串联，继电器km励磁线圈的另一端耦接于电池vcc，开关元件q的发射极通过保护电阻接地。光伏发电模块3与储能模块1和负载模块2之间设有继电器km的第一常闭触点km-1，光伏发电模块3与市电电网之间设有继电器km的第二常开触点km-2。当逻辑门电路输出高电平时，开关元件q导通，继电器km的励磁线圈通电，使得第一常闭触点km-1断开，第二常开触点km-2闭合，从而使得光伏发电模块3与储能模块1和负载模块2之间的连接断开，与市电电网连接，从而将太阳能电池组件31产生的电能直接馈入市电电网，以减缓用电高峰期时市电电网用电压力，缓解高峰用电供应不稳定的问题。

参照图2，一种光伏储能并网发电系统的运行方法，包括如下步骤：

s1、当用电时段为谷时段时，该时段市电电网供电压力最小，市电电网对所述负载模块2进行供电，对储能模块1进行充电直至充满；

s2、当用电时段为平时段时，该时段市电电网供电压力小，市电电网对储能模块1进行供电，此时若储能模块1已经充满电，则该时段停止工作，若储能模块1未充满电，则该时段进行电能补充；

s3、当用电时段为峰时段时，该时段市电电网供电压力大，储能模块1对负载模块2进行放电，优先控制单元6可控制光伏发电模块3与市电电网连接并对市电电网放电；

s4、当储能模块1在进入谷时段的前一个峰时段时，bms能量管理单元4ems控制储能模块1对负载模块2和/或市电电网进行放电，并使储能模块1所蓄存的电能小于百分之五。

本实施例应用场景的峰时段分为三个时间段，分别为：9:00-11:30、14:00-16:30、19:00-21:00；平时段分为四个时间段，分别为：7:00-9:00、11:30-14:00、16:30-19:00、21:00-23:00，谷时段为23:00-7:00。

在23:00-7:00即谷时段市电电网对负载模块2进行供电的同时，对储能模块1进行充电，直至充满。由于该时间端的充电时间长为8小时，充电倍率可采用0.1c-0.2c进行慢充，以降低大电流充电时部分电流为了抵消反电势做功而产生的热能，减少电能损耗的同时，降低热量对蓄电池组11寿命的影响。

在7:00-9:00该时间段为平时段，因电池在上阶段已经充满电，该时段储能模块1停止工作，市电电网向负载模块2供电，以保证负载模块2的用电需求。

在9:00-11:30该时间段为峰时段，由于该时间段市电电网供电紧张且电价高，储能模块1采用放电倍率为0.3c-0.5c对负载模块2放电以维持负载模块2的正常运行，当储能模块1电能不足时，市电电网再向负载模块2供电。

在11:30-14:00，该时间段为平时段，由于上一阶段储能模块1向外放电，蓄电池组11需要补充电能，市电电网向负载模块2供电的同时，对储能模块1进出充电，充电倍率采用0.1c-0.2c进行慢充。

在14:00-16:30，该时间段为峰时段，储能模块1由于上一阶段的电能补充对负载模块2进行再次放电，当储能模块1电能不足时，市电电网再向负载模块2供电。

在16:30-19:00，该时间段为平时段，由于其下一阶段为峰时段，因此储能模块1向市电电网获取电能并进行存储。

在19:00-21:00，该时间段为峰时段，储能模块1对负载模块2进行放电，当储能模块1电能不足时，市电电网再向负载模块2供电；若储能模块1电能充足，由于其下两个阶段分别为平时段和谷时段，因此在该时间段储能模块1在向负载模块2放电的同时向市电电网放电，并使得蓄电池组11的电能存储小于百分之五。

在21:00-23:00，该时间段为平时段，由于储能模块1在上一阶段向外放电基本放完，而其下一阶段为谷时段，因此该时间段储能模块1停止工作，市电电网向负载模块2供电。

参照图2，由于在白天有光照时，光伏发电模块3能够将太阳能转成电能，负载模块2在峰时段获取电能的优先原则为储能模块1优先于市电电网，由储能模块1向负载模块2供电，减少负载模块2对市电电网电能的获取，提高在峰时段，储能模块1的利用效率；当储能模块1所存储的电能不足时，负载模块2从市电电网获取电能以保证其自身工作的正常运转。由于该时段处于峰时段且有光照，因此光照强度检测器611和单片机612均输出高电平，因此逻辑门电路输出高电平，开关元件q导通，使得光伏发电模块3与负载模块2和储能模块1之间的连接断开，光伏发电模块3与市电电网连接，直接向市电电网放电，避免光伏发电模块3通过储能模块1的转动而造成的电能损耗，从而提高市电电网供电的稳定性。

参照图2，负载模块2在谷时段和平时段获取电能的优先原则为光伏模块优先于市电电网，当光伏发电模块3在谷时段和平时段的发电量大于负载模块2所需电能时，光伏发电模块3将多余的发电量存储于储能模块1，减少储能模块1向市电电网获取的电能；当储能模块1在光伏发电模块3的电能补充下充满电后，光伏发电模块3将富余的电能通过储能模块1向市电电网放电，避免电能浪费。当光伏发电模块3在谷时段和平时段的发电量小于负载模块2所需电能时，负载模块2从市电电网获取部分所需电能以保证其能正常工作。

对市电电网而言，将谷时段和平时段的电能进出存储，在峰时段使用，能够有效缓解峰时段市电电网的供电压力，提高市电电网的供电质量；同时利用光伏发电模块3提高对清洁能源的使用，在峰时段将光伏发电模块3直接与市电电网连接，使其直接对市电电网进行放电，缓解市电电网的供电压力。在谷时段和平时段通过光伏发电模块3对负载模块2进行供电，当光伏发电模块3的发电量大于负载模块2的用电量时，还能够对储能模块1和市电进行放电，减少负载模块2对市电电网上电能的获取。

对企业而言，在保证企业的正常生产工作用电需求的同时，由于谷时段和平时段的电价低于峰时段的电价，将谷时段和平时段的电能进出存储，在峰时段使用，能够有效降低企业的用电成本，在峰时段将光伏发电模块3的发电量馈入市电电网和在进入谷时段的前一个峰时段时将储能模块1内的电量向市电电网进行放电，清空其内部的电能储备，提高企业用电效率和经济效益。

具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。