一种实现光伏与储能性能优化的模块化光伏储能系统技术方案

本发明专利技术公开了一种实现光伏与储能性能优化的模块化光伏储能系统，属于光电子技术领域，其特征在于：实现光伏与储能性能优化的模块化光伏储能系统由多组光储组串的输出端并联而成，并为负载供电，多组光储组串中的每一组光储组串是由多个光储模块的输出端与一个电感器串联构成。通过采用上述技术方案，该系统将分布式光伏组件与分布式储能电池小规模成组构成光伏‑储能模块，并在光储模块基础上组成规模可灵活配置和扩展的光伏储能系统，并可以通过模块间的配合有效的实现光伏与储能电池的性能优化。该系统将一定容量的光伏组件和储能电池小规模成组构成基本的光储模块，并根据电压、功率等级由一定数量的光储模块灵活串并联构成。

A modular photovoltaic energy storage system to optimize photovoltaic and energy storage performance

【技术实现步骤摘要】
一种实现光伏与储能性能优化的模块化光伏储能系统
本专利技术属于光电子
，尤其涉及一种实现光伏与储能性能优化的模块化光伏储能系统。
技术介绍
对于地面静止光储系统，由于光照条件的大规模一致通常采用集中式的结构。该结构将倾角和朝向基本一致的光伏组件大规模成组，通过集中式变流器统一控制接入母线。同时，一定容量的储能电池大规模成组并结合相应的充放电变流器，采用自适应充放电的方式接入母线，与光伏系统一起为负载供电。在光伏的安装角度受限制或是局部阴影遮挡时，集中式的结构会导致光伏能量利用率降低。这时，为了解决光伏组件的输出特性差异对整个光伏发系统造成的不利影响并提高系统的整体效率，通常采用分布式的结构。目前应用广泛的分布式光储系统中，各光伏组件都配置一个DC-DC变流器进行独立的最大功率跟踪控制，将多个变流器的输出侧串并联达到一定的电压、功率等级为负载供电；同时，若干储能电池大规模成组后通过统一的储能控制器实现充放电管理，并配置电池管理系统进行电池单体的检测与均衡。整个系统采用母线电压控制，实现光伏最大功率跟踪及电池自适应充放电，对光伏能量能进行有效的利用。但是在一些特殊的应用场合，例如太阳能飞机、太阳能飞艇等由于光伏组件安装角度差别较大且飞行方向和角度多变，而导致光照极度不均匀且有一定的随机性时，该系统仍存在一些问题，首先是光伏组串内部各模块发电能力不一致并互相影响，会使系统在启动或是运行过程中稳定性降低；另外，上述分布式系统要将储能电池大规模高压成组。且需要配置复杂的电池管理系统(BatteryManagementSystem，BMS)，随着电池成组规模的增大，电池管理系统效率低、结构复杂。
技术实现思路
针对传统分布式光储系统在光照不均匀时的稳定性较差，且由于电池大规模成组而引起的均衡困难且系统复杂性提高的问题，本专利技术提供了一种实现电池均衡的模块化光伏储能系统，该系统将一定容量的光伏组件和储能电池小规模成组构成基本的光储模块，并根据电压、功率等级由一定数量的光储模块灵活串并联构成。该系统通过光伏和电池的优势配合，在光照不均匀的条件下可以实现能量的高效利用；还可以根据各模块发电能力及储能状态确定其输出功率比例，灵活控制各单元光伏和储能电池的工作状态，通过单元间的配合保证储能容量的充分利用并兼顾电池的均衡；在保证系统稳定性的同时，还能够根据负载的需要灵活组合。本专利技术所采用的具体技术方案为：一种实现光伏与储能性能优化的模块化光伏储能系统，所述实现光伏与储能性能优化的模块化光伏储能系统由多组光储组串的输出端并联而成，并为负载供电，其中，所述多组光储组串中的每一组光储组串是由多个光储模块的输出端与一个电感器串联构成。进一步：每一个所述光储模块包括一个光伏组件、一个储能装置、一个光伏控制器、一个输出功率控制器，其中，光伏控制器的输入端连接到光伏组件，输出端连接到储能装置；所述输出功率控制器的输入端连接到所述储能装置，所述输出功率控制器的输出端为光储模块的输出端。进一步：所述光伏控制器为双向DC/DC电路，所述双向DC/DC电路包括：支撑电容器C1、电感器L、开关管S1、开关管S2、续流二极管D1、续流二极管D2、滤波电容C2，其中，光伏组件的正极分别与支撑电容器C1的一端和电感器L的一端相连接；电感器L的另一端分别连接到S1的源极和S2的漏极；开关管S1的漏极和滤波电容C2的一端连接到储能装置的正极；光伏组件的负极分别与支撑电容器C1的另一端和开关管S2的源极相连接；开关管S2的源极和滤波电容C2的另一端连接到储能装置的负极；开关管S1和续流二极管D1反并联；开关管S2和续流二极管D2反并联。进一步：所述输出功率控制器为一个桥臂电路，包括：开关管S3、开关管S4、续流二极管D3、续流二极管D4。其中，储能装置的正极连接到开关管S3的漏极；开关管S3的源极连接到光储模块输出端的正极；储能装置的负极连接和开关管S4的源极连接到光储模块输出端的负极；开关管S3和续流二极管D3反并联；开关管S4和续流二极管D4反并联。本专利技术的优点及积极效果为：通过采用上述技术方案，本专利技术具有如下的技术效果：(1)采用分布式的结构，在光照及其不均匀的场合也可以实现光伏容量的有效利用，有较高的能量利用率。(2)模块内部使用储能电池将光伏和负载进行了解耦，光照极端的情况下系统仍能正常运行，稳定性较高。(3)电池小规模成组，通过模块化的控制以及系统级的能量调度维持电池的均衡，降低了电池的安全隐患，并可以简化电池管理系统。(4)各模块的设计仅需考虑光伏和电池的参数，且可以视负载的情况灵活组合。附图说明图1为专利技术优选实施例的结构图；图2为专利技术优选实施例中光储模块的电路图；图3为专利技术提供的一种实现电池均衡的模块化光伏储能系统的一种具体的示意图；具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。相反，本专利技术涵盖任何由权利要求定义的在本专利技术的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本专利技术有更好的了解，在下文对本专利技术的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本专利技术。图1示出了本专利技术实施例提供的一种实现电池均衡的模块化光伏储能系统的结构示意图。一种实现电池均衡的模块化光伏储能系统由多组光储组串的输出端并联而成，并向负载供电。具体来说，多组光储组串中的每一组光储组串是由多个光储模块的输出端与一个电感器串联构成。在本专利技术实施例中，多个光储模块中的每一个光储模块包括一个光伏组件、一个储能装置、一个光伏控制器、一个输出功率控制器，其中光伏控制器的输入端连接到光伏组件，输出端连接到储能装置；输出功率控制器的输入端连接到该储能装置，且输出功率控制器的输出端即为光储模块的输出端。图2示出了本专利技术实施例提供的光储模块的电路图。光伏控制器为双向DC/DC电路，包括：支撑电容器C1、电感器L、开关管S1、开关管S2、续流二极管D1、续流二极管D2、滤波电容C2。其中，光伏组件的正极分别与C1的一端和L的一端相连接；电感器L的另一端分别连接到开关管S1的源极和开关管S2的漏极；开关管S1的漏极和滤波电容C2的一端连接到储能装置的正极；光伏组件的负极分别与C1的另一端和开关管S2的源极相连接；开关管S2的源极和滤波电容C2的另一端连接到储能装置的负极；开关管S1和续流二极管D1反并联；开关管S2和续流二极管D2反并联。输出功率控制器为一个桥臂电路，包括：开关管S3、开关管S4、续流二极管D3、续流二极管D4。其中，储能装置的正极连接到开关管S3的漏极；开关管S3的源极连接到光储模块输出端的正极；储能装置的负极连接和开关管S4的源极连接到光储模块输出端的负极；开关管S3和续流二极管D3反并联；开关管本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种实现光伏与储能性能优化的模块化光伏储能系统，其特征在于：所述实现光伏与储能性能优化的模块化光伏储能系统由多组光储组串的输出端并联而成，并为负载供电，其中，所述多组光储组串中的每一组光储组串是由多个光储模块的输出端与一个电感器串联构成。/n

【技术特征摘要】
1.一种实现光伏与储能性能优化的模块化光伏储能系统，其特征在于：所述实现光伏与储能性能优化的模块化光伏储能系统由多组光储组串的输出端并联而成，并为负载供电，其中，所述多组光储组串中的每一组光储组串是由多个光储模块的输出端与一个电感器串联构成。


2.根据权利要求1所述的实现光伏与储能性能优化的模块化光伏储能系统，其特征在于：每一个所述光储模块包括一个光伏组件、一个储能装置、一个光伏控制器、一个输出功率控制器，其中，光伏控制器的输入端连接到光伏组件，输出端连接到储能装置；所述输出功率控制器的输入端连接到所述储能装置，所述输出功率控制器的输出端为光储模块的输出端。


3.根据权利要求2所述的实现光伏与储能性能优化的模块化光伏储能系统，其特征在于：所述光伏控制器为双向DC/DC电路，所述双向DC/DC电路包括：支撑电容器C1、电感器L、开关管S1、开关管S2、续流二极管D1、续...

【专利技术属性】
技术研发人员：呼文韬，曾国宏，潘一飞，李钏，吴学智，郭亚男，张丹红，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十八研究所，北京交通大学，
类型：发明
国别省市：天津;12