光伏储能供暖供电系统

1.本发明涉及储能控制技术领域，具体涉及一种光伏储能供暖供电系统。


背景技术：

2.光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。主要由太阳电池板、控制器和逆变器三大部分组成，主要部件由电子元器件构成。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。无论从世界还是从中国来看，常规能源都是很有限的。中国的一次性能源储量远远低于世界的平均水平，太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源，具有充分的清洁性、绝对的安全性、相对的广泛性、确实的长寿命和免维护性、资源的充足性及潜在的经济性等优点，在长期的能源战略中具有重要地位。
3.光伏发电发展迅速，但光伏发电装置存在功率输出间歇性、不可预测性、与用户负荷的时间不匹配等缺点。直流微电网在没有接入公共电网情况下，需要储能电池来维持系统功率平衡。市面上的储能器件可分为功率型和能量型两大类。功率型器件相对于能量型器件的功率密度更大，响应速度更快，但能量密度较小。其代表有超级电容、飞轮储能和超导储能等；能量型储能器件的动态响应能力差，循环次数有限，以电池储能、氢储能和压缩空气储能较为常见。蓄电池凭借其能量密度高这一特性，在储能系统领域得到了广泛的应用。蓄电池与光伏电池结合使用，能有效解决光伏电池产生的上述问题，但其也存在功率密度低、充放次数有限、寿命短等不足。
4.因此，亟需设计一种光伏储能供暖供电系统。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种光伏储能供暖供电系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种光伏储能供暖供电系统，包括光伏阵列a、mppt控制的dc-dc电路、双闭环控制的双向dc-dc电路、蓄电池、dc-ac逆变器、热泵和负载，所述光伏阵列a与热泵、mppt控制的dc-dc电路交互，所述蓄电池与双闭环控制的双向dc-dc电路交互，所述mppt控制的dc-dc电路、双闭环控制的双向dc-dc电路均与dc-ac逆变器交互，所述dc-ac逆变器与热泵、负载交互。
7.进一步的，上述光伏储能供暖供电系统中，所述光伏阵列a包含光伏电池组和太阳能集热器。
8.进一步的，上述光伏储能供暖供电系统中，所述mppt控制的dc-dc电路中对的mppt控制器用于读取光伏电池组的输出电压、电流信息。
9.进一步的，上述光伏储能供暖供电系统中，所述mppt控制的dc-dc电路中的dc-dc电路选用boost电路。
10.进一步的，上述光伏储能供暖供电系统中，所述双闭环控制的双向dc-dc电路中的
双向dc-dc电路选用双向半桥式电路。
11.进一步的，上述光伏储能供暖供电系统中，所述双闭环控制采用pi控制，参考电压(uref)设定为48v。
12.进一步的，上述光伏储能供暖供电系统中，该方案还包括光伏阵列b、soc控制的双向dc-dc变换电路、储能装置，所述光伏阵列b与热泵、mppt控制的dc-dc电路交互，所述储能装置与soc控制的双向dc-dc变换电路交互，所述mppt控制的dc-dc电路、soc控制的双向dc-dc变换电路均与dc-ac逆变器交互，所述dc-ac逆变器与热泵、负载交互。
13.进一步的，上述光伏储能供暖供电系统中，所述储能装置包括蓄电池、超级电容。
14.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
15.1、本发明中光伏阵列除了光伏电池发电，还包含太阳能集热器作为热泵的蒸发器，其中针对实时的光照强度，mppt控制器保证光伏电池的最大功率输出，在优先保证负载侧的功耗情况下控制蓄电池充放电，保证家用电器的正常工作，进而达到节能环保的目的。
16.2、本发明能够以蓄电池为主要电源，超级电容为辅助电源，与蓄电池相比，超级电容具有相对长的寿命，高功率密度的特点，对蓄电池的荷电状态进行控制，使蓄电池不出现过充过放，当蓄电池荷电状态不足以充放电时，由超级电容充放电，以期延长蓄电池使用寿命。该系统对不同气候条件，都可达较稳定工作效果。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为本发明原理示意图；
19.图2为本发明boost电路示意图；
20.图3为本发明双向半桥式电路示意图；
21.图4为本发明双闭环控制示意图；
22.图5为本发明实施例二原理示意图；
具体实施方式
23.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，所描述的实施例仅仅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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
24.实施例一
25.本发明提供一种技术方案：一种光伏储能供暖供电系统，包括光伏阵列a、mppt控制的dc-dc电路、双闭环控制的双向dc-dc电路、蓄电池、dc-ac逆变器、热泵和负载，光伏阵列a与热泵、mppt控制的dc-dc电路交互，蓄电池与双闭环控制的双向dc-dc电路交互，mppt控制的dc-dc电路、双闭环控制的双向dc-dc电路均与dc-ac逆变器交互，dc-ac逆变器与热泵、负载交互。
26.光伏阵列a包含光伏电池组和太阳能集热器；分别完成发电与作为热泵的蒸发器，mppt控制器控制dc-dc电路，根据光伏电池的电压变化来控制电路，以保证电能最大输出，蓄电池通过双向dc-dc电路保证与母线间能量双向流动，通过双闭环控制保证母线侧电压稳定。母线侧直流通过dc-ac逆变器模块为交流电流向家用电器，完成对家用电器的供电与家居供暖。
27.mppt控制的dc-dc电路中对的mppt控制器用于读取光伏电池组的输出电压、电流信息；根据其变化，改变pwm输出占空比，进而改变晶闸管导通时间。
28.mppt控制的dc-dc电路中的dc-dc电路选用boost电路，双闭环控制的双向dc-dc电路中的双向dc-dc电路选用双向半桥式电路，双闭环控制采用pi控制，参考电压(uref)设定为48v。
29.工作模式：
30.双闭环控制模式1：光伏电池发电功率大于负载侧功耗，多余能量对蓄电池充电。模式2：光伏电池发电功率小于等于负载侧功耗，蓄电池对负载侧供电。
31.蓄电池根据自身soc状况，有3种工作模式，模式1：10《soc《95，可在双闭环控制的两个模式运行。模式2：soc《＝10，只可以在双闭环控制模式1运行。模式3：soc》＝95，只可以在双闭环控制模式2下运行。
32.实施例二
33.基于本技术的实施例一提供的一种光伏储能供暖供电系统，本技术的实施例二提出另一种光伏储能供暖供电系统。实施例二仅仅是实施例一的进一步的方式，实施例二的实施对实施例一的单独实施不会造成影响。
34.下面结合附图和实施方式对本发明的实施例二作进一步说明。
35.如图5所示，与实施例一相比，本实施例中该方案还包括光伏阵列b、soc控制的双向dc-dc变换电路、储能装置，光伏阵列b与热泵、mppt控制的dc-dc电路交互，储能装置与soc控制的双向dc-dc变换电路交互，mppt控制的dc-dc电路、soc控制的双向dc-dc变换电路均与dc-ac逆变器交互，dc-ac逆变器与热泵、负载交互。储能装置包括蓄电池、超级电容。光伏阵列b由光伏电池组成，光伏阵列b通过dc-dc电路与母线侧连接，dc-dc电路选用boost电路，电池系统通过双向dc-dc电路与母线连接，双向dc-dc电路选用双向半桥式电路，soc控制可以读取蓄电池当前充放电状态，通过当前的蓄电池soc值，控制双向半桥式电路的两个晶闸管开关，母线侧电压选用pi控制器控制。电压参考值设置在48v。
36.光伏电池产生的直流电通过dc-dc电路升压后，既可以向负载供电，也可以向储能电池供电。储能系统也可以经由双向dc-dc电路向负载侧供电。当光伏电池输出功率大于负载功耗时，优先供给负载，经由双向dc-dc电路对储能电池进行充电。在光伏电池输出功率不能满足负载功耗时，由储能系统和光伏电池共同供给负载。
37.工作模式：
38.根据光伏发电和负载消耗的情况，光伏系统存在两种模式。模式1：光伏电池发电功率大于负载侧功耗，多余能量对电池组充电。模式2：光伏电池发电功率小于等于负载侧功耗，电池组对负载侧供电。
39.在光伏系统两种模式下，有三种工作情况(1)当0.1《soc《0.98，由蓄电池进行充放电工作。在模式2下，蓄电池补偿负载需要的能量，进入放电模式。在模式1下，光伏电池供给
负载且对蓄电池充电。(2)当soc≤0.1时，在模式1下，光伏电池供给负载且对蓄电池充电，在模式2下，由超级电容补偿负载。(3)当soc≥0.98时，在模式1下，光伏电池供给负载且对超级电容充电。在模式2下，由蓄电池补偿负载。
40.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
41.以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。