集散式光储充电系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种集散式光储充电系统及其控制方法，包括光伏PV阵列、集散式汇流箱、集散式双向逆变器、DC充放电单元、电动汽车和储能电池，集散式汇流箱包括多个DC变换单元，各DC变换单元的输入端与光伏PV阵列的输出端相连，各DC变换单元的输出端并联汇流后与集散式双向逆变器内部的系统直流母线相连，储能电池、电动汽车分别通过DC充放电单元、直流DC充电桩与系统直流母线相连。集散式汇流箱能检测DC变换单元的输入端电压和功率，并进行最大功率点跟踪(MPPT)，而当集散式双向逆变器切换到限功率状态时，集散式汇流箱根据系统直流母线的电压时时调节DC/AC变换单元的运行，控制输出到电网的有功功率，满足限功率输出的需求。

Distributed optical storage charging system and its control method

The invention discloses a distributed optical storage charging system and its control method, including photovoltaic PV array, distributed collector, distributed bidirectional inverters, DC charging and discharging unit, electric vehicle and energy storage battery. The distributed collector comprises a plurality of DC conversion units, the input terminals of each DC conversion unit and the output terminals of photovoltaic PV array. Connected, the output terminals of each DC converter unit are connected with the DC bus of the system inside the distributed bi-directional inverters in parallel. Energy storage battery and electric vehicle are connected with the DC bus through DC charging and discharging unit and DC charging pile respectively. Distributed shunt box can detect the input voltage and power of DC converter unit and track the maximum power point (MPPT). When the distributed bi-directional inverters switch to the limited power state, the distributed shunt box adjusts the operation of DC/AC converter unit according to the voltage of the DC bus of the system, and controls the active power output to the power grid. To meet the demand of limited power output.

【技术实现步骤摘要】
集散式光储充电系统及其控制方法
本专利技术涉及光储充发电领域，具体涉及一种集散式光储充电系统及其控制方法。
技术介绍
随着电动汽车的快速发展，电动汽车对电力的需求量及便利性逐渐加剧，而现有的大型充电站是直接接入电网取电为电动汽车充电，在用电高峰期给电网造成了很大的压力，同时大型充电站数量分布不均，为电动汽车充电带来不便。而光伏发电作为一种清洁能源，可分布应用在城市的各个社区，能减少电网压力及电力长距离传输的损耗，与电动汽车充电相结合更能发挥其价值。由于光伏发电的间歇性，对增加储能技术的需求越来越强烈，在直流母线侧引入储能后，可以有效消除电网的峰谷差、平滑负荷，更有效地利用好可再生能源，降低供电成本，同时还可以配合有功调度、实现调频调峰的功能。在光伏发电中，逆变器承担着电能变换、并网控制、智能监控和安全保护的功能，现有光储充电系统光伏多采用集中式逆变器和组串式逆变器两种，但分别存在发电量低、成本高的缺点，同时现有光储系统在限功率时，如何保证直流母线汇总电压的稳定控制，自动实现最大功率点跟踪(MPPT)和限功率状态的切换一直是个难题。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种集散式光储充电系统及其控制方法，通过光伏发电满足储能电池和电动汽车的需要，储能电池与电网进行能量交互；通过集散式汇流箱检测DC变换单元的输入端电压和功率，进行最大功率点跟踪(MPPT)，提高光伏发电率，而当集散式双向逆变器切换到限功率状态时，集散式双向逆变器控制系统直流母线的电压，集散式汇流箱根据系统直流母线的电压时时调节DC/AC变换单元的运行，精确控制系统输出到电网的有功功率，满足限功率输出的需求。本专利技术采用的技术方案是，一种集散式光储充电系统及其控制方法，包括光伏PV阵列、集散式汇流箱、集散式双向逆变器、DC充放电单元、电动汽车和储能电池；所述集散式汇流箱包括多个DC变换单元，所述DC变换单元的输入端与所述光伏PV阵列的输出端相连，所述DC变换单元的输出端并联汇流后与所述集散式双向逆变器内部的系统直流母线相连；所述DC充放电单元的输入端与所述储能电池相连，所述DC充放电单元的输出端与所述系统直流母线相连；所述储能电池在充电阶段，所述DC充放电单元以降压输出的模式工作；所述储能电池在放电阶段，所述DC充放电单元以升压输出的模式工作；所述电动汽车通过直流DC充电桩与所述系统直流母线相连；所述集散式双向逆变器与所述电网相连。优选地，所述集散式双向逆变器的直流输入端与直流开关的第一端相连，直流开关的第二端与直流熔断器的第一端相连，直流熔断器的第二端与直流接触器的第一端相连，直流接触器的第二端与绝缘栅双极型晶体管的直流母线相连，经过三相全桥逆变后由抑制输出电流的大幅度波动，并起滤波作用，滤除开关动作产生的高频电流成分，再连接交流接触器和交流开关实现并网和功率平衡，交流接触器和交流开关通过交流熔断器连接，直流侧与电网侧分别安装有直流防雷器和交流防雷器。优选地，集散式汇流箱包括四组个光伏阵列，每组光伏阵列包含有四个光伏阵列，第一组光伏阵列通过分断开关K1连接滤波检测电路，滤波检测电路通过DC线路与最大功率点跟踪控制器MPPT1和MPPT2连接，第二组光伏阵列、第三组光伏阵列以及第四组光伏阵列分别通过PV分断开关K2、K3、K4与另外三组滤波检测电路相连，并分别与最大功率点跟踪控制器MPPT3～MPPT8连接。优选地，当所述DC充放电单元以降压输出的模式工作时，开关K2恒关断，开关K1间歇性PWM导通，在开关K1导通时，通过电感L给电容C2及Vbat充电，电感L电流增大；在开关K1关断时，电感L与二极管D2续流，电容C2及Vbat的电压降低，实现从Vdc到Vbat的降压充电功能；当所述DC充放电单元以升压输出的模式工作时，开关K1恒关断，开关K2间歇性PWM导通，在开关K2导通时，通过电感L电流增大；在开关K2关断时，电感L与二极管D1续流，实现从Vbat到Vdc的升压放电功能。优选地，所述集散式双向逆变器能双向传递电能，其包括以下两种工作方式：所述DC充放电单元给电动汽车或储能电池充电的功率大于集散式汇流箱所能提供的功率时，所述集散式双向逆变器工作在整流状态、从电网吸收有功功率；或所述DC充放电单元工作在放电状态时，所述集散式双向逆变器工作在发电状态、输出功率到电网。一种利用上述的集散式光储充电系统进行充电的控制方法，所述集散式双向逆变器对所述系统直流母线的电压进行时时检测，结合所述集散式汇流箱实现对系统的控制，具体为：S1、系统正常运行时，所述系统直流母线的电压稳定在预设置的第一工作电压，所述集散式汇流箱进行最大功率点跟踪MPPT运行，并控制所述DC变换单元的输入端电压运行在最大功率点跟踪所对应的数值；S2、系统切换到限功率状态时，所述集散式双向逆变器调节所述系统直流母线的电压，控制系统输出到电网的有功功率，满足限功率输出的要求，同时控制所述系统直流母线的电压在第一工作电压到保护点工作点3之间浮动；S3、当所述系统直流母线的电压超越预设置的第一工作电压、但小于预设的第二工作电压时，所述集散式汇流箱停止MPPT的运行，并逐步抬高所述DC/AC变换单元的输入运行电压；S4、当所述系统直流母线的电压超越预设的第二工作电压后，停止所述集散式汇流箱内的PWM发波，让所述DC/AC变换单元处于待机状态；S5、通过以上控制过程改变光伏阵列传入电网的功率，使系统达到限功率所要求的平衡，自行完成最大功率点跟踪运行状态到限功率状态的切换。优选地，所述第三工作电压>第二工作电压>第一工作电压。优选地，所述第一工作电压为820V，所述第二工作电压为850V，所述第三工作电压为960V。本专利技术的有益效果是：1、将光伏发电、电池储能与电池汽车充电相结合，为电动汽车充电提供便利，使光伏发电经济效益最大化，同时与电网进行能量交互，降低供电成本，配合有功调度，实现对电网的削峰填谷，发挥其更大价值。2、利用集散式汇流箱进行多路MPPT寻优，提升光伏发电率，结合集散式双向逆变器实现直流电的集中逆变，当系统切换到限功率状态时，集散式汇流箱根据系统直流母线的电压时时调节DC/AC变换单元的运行，控制系统输出到电网的有功功率，满足限功率输出的需求。附图说明图1为本专利技术集散式光储充系统结构框图；图2为本专利技术集散式双向储能逆变器的结构示意图；图3为本专利技术集散式汇流箱主电路图；图4为本专利技术DC/AC充放电单元的结构示意图；图5为本专利技术集散式双向逆变器内系统直流母线的电压控制框图；图6为本专利技术集散式汇流箱内DC/AC变换单元的运行控制框图；图7为本专利技术光伏PV阵列的电流、电压及功率变化示意图。主要附图标记：光伏PV阵列1；集散式汇流箱2；DC变换单元21；储能电池3；DC充放电单元4；电动汽车5；直流DC充电桩6；集散式双向逆变器7；系统直流母线71；电网8。具体实施方法下面结合附图对本专利技术做进一步说明。如图1所示，集散式汇流箱2包括多个DC变换单元21，多组光伏PV阵列1的输出端接入集散式汇流箱2，与DC变换单元21的输入端相连，每个DC变换单元21均具有最大功率点跟踪(MPPT)功能，能检测并控制相应光伏PV阵列1的输出电压和输出功率，控制光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种集散式光储充电系统，包括光伏PV阵列、集散式汇流箱、集散式双向逆变器、DC充放电单元、电动汽车和储能电池，其特征在于：所述集散式双向逆变器与电网相连，所述集散式汇流箱、DC充放电单元以及直流DC充电桩分别与所述集散式双向逆变器连接；所述集散式汇流箱包括多个DC变换单元，所述DC变换单元的输入端与所述光伏PV阵列的输出端相连，所述DC变换单元的输出端并联汇流后与所述集散式双向逆变器内部的系统直流母线相连；所述DC充放电单元的输入端与所述储能电池相连，所述DC充放电单元的输出端与所述系统直流母线相连；所述储能电池处于充电阶段时，所述DC充放电单元以降压输出的模式工作；所述储能电池处于放电阶段时，所述DC充放电单元以升压输出的模式工作；所述电动汽车通过直流DC充电桩与所述系统直流母线相连。

【技术特征摘要】
1.一种集散式光储充电系统，包括光伏PV阵列、集散式汇流箱、集散式双向逆变器、DC充放电单元、电动汽车和储能电池，其特征在于：所述集散式双向逆变器与电网相连，所述集散式汇流箱、DC充放电单元以及直流DC充电桩分别与所述集散式双向逆变器连接；所述集散式汇流箱包括多个DC变换单元，所述DC变换单元的输入端与所述光伏PV阵列的输出端相连，所述DC变换单元的输出端并联汇流后与所述集散式双向逆变器内部的系统直流母线相连；所述DC充放电单元的输入端与所述储能电池相连，所述DC充放电单元的输出端与所述系统直流母线相连；所述储能电池处于充电阶段时，所述DC充放电单元以降压输出的模式工作；所述储能电池处于放电阶段时，所述DC充放电单元以升压输出的模式工作；所述电动汽车通过直流DC充电桩与所述系统直流母线相连。2.根据权利要求1所述的集散式光储充电系统，其特征在于：所述集散式双向逆变器的直流输入端与直流开关的第一端相连，直流开关的第二端与直流熔断器的第一端相连，直流熔断器的第二端与直流接触器的第一端相连，直流接触器的第二端与绝缘栅双极型晶体管的直流母线相连，经过三相全桥逆变后由抑制输出电流的大幅度波动，并起滤波作用，滤除开关动作产生的高频电流成分，再连接交流接触器和交流开关实现并网和功率平衡，交流接触器和交流开关通过交流熔断器连接，直流侧与电网侧分别安装有直流防雷器和交流防雷器。3.根据权利要求2所述的集散式光储充电系统，其特征在于：所述集散式汇流箱包括第一组光伏阵列、第二组光伏阵列、第三组光伏阵列以及第四组光伏阵，所述第一组光伏阵列通过分断开关K1连接滤波检测电路，滤波检测电路通过DC线路与最大功率点跟踪控制器MPPT1和MPPT2连接，第二组光伏阵列、第三组光伏阵列以及第四组光伏阵列分别通过PV分断开关K2、K3、K4与三组滤波检测电路相连，并分别与最大功率点跟踪控制器MPPT3～MPPT8连接。4.根据权利要求1所述的集散式光储充电系统，其特征在于：当所述DC充放电单元以降压输出的模式工作时，开关K2恒关断，开关K1间歇性PWM导通，在开关K1导通时，通过电感L给电容C2及Vbat充电，电感L电流增大；在开关K1关断时，电感L与二极管D2续流，电容C2及V...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺惠民，张晓毅，何守龙，
申请(专利权)人：国网冀北综合能源服务有限公司，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11