一种光储一体化发电系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种光储一体化发电系统，尤其是光储微电网、可控型光储一体化发电系统。
【背景技术】
[0002]世界常规能源供应短缺危机日益严重，化石能源的大量开发利用已成为造成自然环境污染和人类生存环境恶化的主要原因之一，寻找新兴能源已成为世界热点问题。各种新能源中，太阳能光伏发电具有无污染、可持续、总量大、分布广、应用形式多样等优点，受到世界各国的高度重视。随着光伏发电接入电网的比例不断提高，光伏发电的间隙性与不可确定性给电量系统的稳定性带来了很多问题，而光储一体化发电系统可通过能量存储和优化配置实现本地能源生产与用能负荷的基本平衡，增强光伏发电系统的友好性。
[0003]对于光伏并网系统，通过配置一定容量的储能系统组成可控型光储一体化发电系统，使光伏发电具有与传统发电系统一样的特性，具备可调度能力，减少对大电网的并网冲击，解决大规模可再生能源间歇性、波动性、不确定性及电力电子接口给电网带来的问题，提高可再生能源的置信度与在用户侧的安全消纳。
[0004]对于微电网系统，本着因地制宜，科学设计的原则，组建光储微电网，可根据需要与公共电网灵活互动且相对独立运行。由光储一体化发电系统形成的微电网项目可依托已有配电网建设，也可以结合新建的独立电网建设；可以是单个光储微电网，也可以是某一区域内多个光储微电网构成的为电网群。
[0005]近几年来，在能源与环境问题的趋势下，光伏发电在我国得到了飞速的发展，但相应的问题也越来越明显，导致弃光限电问题严重。光储一体化发电系统可看成光伏并网系统的升级版，通过能量管理系统将太阳能的自由利用和常规能源的高效利用结合起来，促进太阳能的高比例且更为有效的利用。对于高比例光伏发电系统的稳定性及光储微电网系统的研究正成为学术界的探讨热点，但还停留在研究与示范阶段。
[0006]国家电网在河北省张北县建立了风光储输示范系统，旨在通过集中储能系统来解决大规模光伏或风电并网问题，但效果与作用并不明显，仍然没有解决张北大规模可再生能源的并网难题。中国专利CN 103337886 A提出了一种工业园区风光储微电网系统，主要阐述了系统的组成与架构，其架构主要是基于纯交流母线的拓扑，并且没有提出系统具体的配置原则、控制策略、工作模式与流程，很难实现系统的可复制性与规模化推广。
【发明内容】
[0007]针对目前光伏发电规模化利用存在的问题，本发明提出了一种交流母线与直流母线混合的光储一体化发电系统。本发明设计合理、发电系统效率高、可模块化即插即用、便于规模化推广。
[0008]本发明的技术方案如下:
[0009]一种光储一体化发电系统，包括:光伏阵列、DC/DC变流器、储能装置、DC/AC变流器，以及能量管理系统。
[0010]光伏阵列作为能量输入接口，用于将太阳能转换为电能。DC/DC变流器的输入端与光伏阵列相连接，DC/DC变流器的输出端通过储能装置与DC/AC变流器的输入端相连，储能装置的输出端与DC/AC变流器的输入端连接，DC/AC变流器与公共连接点连接。DC/AC变流器负责最大限度地捕获光伏阵列的电能同时，执行对储能装置的充电管理。储能装置对本发明光储一体化发电系统的电能进行存储，从而实现能量输入输出的解耦；DC/AC变流器接受DC/DC变流器和储能装置两部分的电能，并将电能输出至公共联接点，该公共联接点是光储一体化发电系统的交流输出端，通过该唯一的端口与外部公共大电网进行联接。能量管理系统通过通讯网络实现对所述光伏阵列、DC/DC变流器、储能装置、DC/AC变流器的数据交互，制定本发明光储一体化发电系统的最优运行及调度策略，实现对该光储一体化发电系统的运行管理。
[0011]所述储能装置可以是锂离子电池、铅酸/碳、液流等各种储能形式，储能装置所允许的最低电压取决于其后级DC/AC变流器逆变输出电压值。光储一体化发电系统可适用于并网与微电网两种应用形式，但在两种应用场合下储能装置的作用及其容量配置原则均不同，分别说明如下。
[0012]光储一体化发电系统应用于并网系统时，储能装置的作用主要是为了有效抑制光伏发电的不平稳性。因此，当光储一体化发电系统只工作在并网模式下，可通过能量管理系统执行相应的控制策略，使整个光伏发电系统在公共联接点处的功率可控，平滑由可变电源和或可变负载引起的功率波动，稳定电网，从而提高光伏发电系统穿透率与利用率。此外储能装置还可以根据电网需求，通过无功控制为电网提供电压支持，该控制模式可用于并网波形优化、滤波、调峰和调节电能质量。综合考虑经济性与可靠性的原则，在该场合下，储能装置的设计容量不宜过大，由于光伏发电单元是以电力电子为接口，光伏最大功率点跟踪响应速度在I秒以内，储能装置的容量应能最少支撑光伏额定容量10分钟。本发明光储一体化发电系统应用于微电网系统时，除了并网状态的控制方法外，在独立运行状态下，储能装置还要对微电网内部的本地负荷提供不间断的电力支撑。此时储能装置的容量选择主要取决于两个因素，一是微电网系统的最长停电时间；其次是当地太阳的最大阴雨天数。因此对于联网型微电网，储能装置的容量可设计为当地最长停电时间与本地负荷的功率的乘积，针对一般的应用情况储能支撑时间为10分钟?2个小时；对于独立型微电网系统，储能装置的容量应能保证在没有太阳光的情况下连续给本地重要负荷供电4?8小时。
[0013]所述DC/DC变流器采用BUCK降压或BOOST升压电路，只能实现能量的单向流动，多路DC/DC电路并联运行采用交错并联的形式来实现；所述DC/DC变流器采用数字化控制，具有光伏最大功率点跟踪、蓄电池充电管理策略功能。
[0014]所述DC/AC变流器采用H桥或三相半桥电路，经LC低通滤波后接Δ /Y隔离升压变压器接入公共联结点，能够实现能量的双向流动；所述DC/AC变流器采用数字化控制，可根据公共联结点的状态决定是独立、并网还是平滑切换运行，根据储能装置的状态决定是逆变还是整流运行。
[0015]所述公共联结点处通过开关接入公共电网、其他发电系统或独立的负载。对于微电网系统，此处的开关要求为快速并网开关，并且开关状态通过1 口干结点的形式与DC/AC变流器进行通讯。
[0016]所述储能装置的充电可以通过DC/DC变流器也可以通过DC/AC变流器实现，这主要取决于光储一体化发电系统的运行状态及能量管理系统的调度指令；光储一体化系统优先采用DC/DC变流器执行最大功率点跟踪算法给储能装置充电；在独立运行状态下，在保证负荷供电情况下，最大限度地给储能装置充电；在并网运行状态下，一直执行最大功率点跟踪算法，按照最优充电策略给储能装置充电，并将多余的能量输给DC/AC变流器。并网运行状态下，DC/AC变流器会根据能量管理系统的调度指令对储能装置实现定时均充/均放充放电控制策略。
[0017]本发明光储一体化发电系统的光伏阵列、DC/DC变流器、储能装置、DC/AC变流器及能量管理系统各部分之间既相互联系又彼此独立。所述光储一体化发电系统在通讯正常时，通过能量管理系统制定最优的运行及调度策略；当出现通讯故障时，DC/DC变流器及DC/AC变流器等设备依然可以通过各自的控制系统稳定运行。具体控制方法如下:
[0018]能量管理系统是本发明光储一体化发电系统运行优化及管理控制的核心，通过RS485通讯网络收集并分析处理光伏阵列、DC/DC变流器、储能装置、DC/AC变流器及公共联结点的运行数据信息，制定最优的运行及调度策略，并通过RS485通讯网络下发控制指令给相应的DC/DC变流器和DC/AC变流器。
[0019]能量管理系统通过对公共联结点处电压及频率信息的检测分析，判断公共联接点处的电网是否正常，根据电网状态判断光储一体化发电系统处于独立运行还是并网运行，如果电网正常，运行在并网状态；反之，运行在独立状态。
[0020]然后，能量管理系统根据运行模式来制定相应的调度策略。在独立运行模式下，能量管理系统根据光储一体化发电系统中的光伏阵列和储能装置间的功率动态平衡原则，制定对DC/DC变流器的最优充电控制策略；DC/AC变流器一方面实现电压/频率组网控制，另一方面通过对公共联接点处的交流电压与频率的检测判断，实现对储能装置电压的稳压控制。
[0021]在并网运行模式下，DC/DC变流器始终执行光伏最大功率点跟踪算法，按照最优充电策略给储能装置充电，并将多余的能量输送给DC/AC变流器。针对不同的应用场合，能量管理系统制定出不同的最优运行策略，当需要保证光伏阵列的稳定输出，保证光伏阵列能量最大限度并入电网时，DC/AC变流器执行对公共联结点处恒功率输出的调度策略；当需要实现对储能装置激活优化控制时，DC/AC变流器通过能量管理系统的功率调度指令，执行对储能装置的均充或均放；当需要保证公共联结点处的电能质量时，DC/AC变流器执行相应的电网友好性控制策略，使并网点的电能质量达到设定的要求；当需要通过储能装置来实现削峰填谷，DC/AC变流器根据调动策略执行相应的有功与无功输出。
[0022]当通讯故障时，所述DC/AC变流器主要执行基于电力电子装置的能量变换功能，公共联结点处需要安装检测单元对开关外侧的电网状态进行检测，当检测到电网异常，检测单元会发出指令断开开关，通过1 口干结点将电网状态传递给DC/AC变流器，DC/AC变流器执行由并网到独立的切换；反之，当检测到电网恢复正常，检测单元会根据拍频控制等待开关两侧的电压相位一致后闭合开关，通过1 口干结点将电网状态传递给DC/AC变流器，DC/AC变流器将独立运行的电压给定值设为电网电压幅值并执行由独立到并网的切换。
[0023]本发明的光储一体化发电系统可以对系统中光伏发电及储能装置容量进行灵活配置，控制发电系统在多种模式下工作，从而能够根据电网状况、环境状况以及发电系统本身的状况灵活地控制整个发电系统的运行模式，实现更加高效同时稳定的运行。
【附图说明】
[0024]图1光储一体化发电单元的组成；
[0025]图2光储微电网典型应用系统；
[0026]图3能量管理系统控制策略流程图；
[0027]图4微电网运行模式判断流程图；
[0028]图5 DC/AC变流器的运行模式框图。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步