一种用于光伏发电系统的混合储能系统技术方案

一种用于光伏发电系统的混合储能系统，用于解决传统蓄电池储能系统功率密度低、使用寿命短的问题。其技术方案是，它包括斩波电路、第一升压电路、第二升压电路、蓄电池组和超级电容器组，所述斩波电路的高压侧接光伏发电系统直流母线，低压侧接蓄电池组，第一升压电路的低压侧接蓄电池组，高压侧接超级电容器组，第二升压电路的低压侧接超级电容器组，高压侧接光伏发电系统的直流母线。同传统储能装置相比，本实用新型专利技术兼具蓄电池能量密度大和超级电容器功率密度大的优点，大大提高了光伏发电系统输出电能的质量，而且使用寿命长，降低了光伏发电系统的综合运行成本。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种用于光伏发电系统的以超级电容器和蓄电池为储能元件的 混合储能系统，属发电

技术介绍
光伏发电系统不同于常规发电系统，受光照强度和温度等自然因素的影响，光伏 电源的输出功率会产生较大的波动，以至于不能为常规负载正常供电。为了抑制这种波动， 需要在光伏发电系统中安装储能系统。目前，光伏发电系统中常用的储能装置是储能蓄电 池，蓄电池生产技术成熟、能量密度大、价格相对较低，加以适合的充放电控制，蓄电池储能 系统为光伏发电系统的供电可靠性提供了保障。但是蓄电池的功率密度低，不适合大功率 供电的场合，并且它的循环寿命短，光照变化及负荷频繁波动引起的储能系统小循环充放 电现象会缩短蓄电池的使用寿命，导致光伏发电系统综合运行成本增大。超级电容器是一种新兴的储能器件，它的循环寿命长、充放电速度快、功率密度 大，因此，超级电容器适用于光伏电源输出功率频繁变化的场合以及为短时大功率负载供 电的场合。并且，超级电容器的这些特性恰好可以与蓄电池形成优势互补。针对超级电容 器和蓄电池的储能特点，近年来有一些专家、学者提出了将两种元件联合使用的混合储能 模式，但到目前为止，还没有一种可行的技术方案。
技术实现思路
本技术用于克服现有技术的缺陷、提供一种能量密度和功率密度大，且使用 寿命长的用于光伏发电系统的混合储能系统。本技术所称问题是以下述技术方案实现的一种用于光伏发电系统的混合储能系统，构成中包括斩波电路、第一升压电路、第 二升压电路、蓄电池组和超级电容器组，所述斩波电路的高压侧接光伏发电系统直流母线， 低压侧接蓄电池组，第一升压电路的低压侧接蓄电池组，高压侧接超级电容器组，第二升压 电路的低压侧接超级电容器组，高压侧接光伏发电系统的直流母线。上述用于光伏发电系统的混合储能系统，所述斩波电路由第一绝缘栅双极型晶体 管、第一电感、第一二极管和第一电容组成，第一绝缘栅双极型晶体管的集电极接光伏发电 系统直流母线正极，发射极经第一电感给蓄电池组充电，基极接控制电路，第一二极管是续 流二极管，第一电容是斩波电路输出滤波电容；所述第一升压电路由第二绝缘栅双极型晶 体管、第二电感和第二二极管组成，第二电感一端接蓄电池组正极，另一端经第二二极管给 超级电容器组充电，第二绝缘栅双极型晶体管的集电极接第二电感和第二二极管的串接 点，发射极接超级电容器组、蓄电池组和光伏发电系统直流母线的公共负极，基极接控制电 路；所述第二升压电路由第三绝缘栅双极型晶体管、第三电感、第三二极管和第二电容组 成，第三电感一端接超级电容器组正极，另一端输出的电流经第三二极管送到光伏发电系 统直流母线正极，第三绝缘栅双极型晶体管的集电极接第三电感和第三二极管的串接点，发射极接超级电容器组负极，基极接控制电路，第二电容是第二升压电路的输出滤波电容。本技术以超级电容器组和蓄电池组作为光伏发电系统的储能元件，因而兼具 蓄电池能量密度大和超级电容器功率密度大的优点，大大提高了光伏发电系统输出电能的 质量。斩波电路和两个升压电路用于精确控制超级电容器组和蓄电池组的充放电过程，使 超级电容器组功率密度大、循环寿命长、蓄电池能量密度大的优势能够得到充分发挥，并防 止蓄电池的过充、过放电，减少甚至避免蓄电池充放电小循环现象的发生，最大限度地延长 了蓄电池的使用寿命，降低了光伏发电系统的综合运行成本。附图说明图1是光伏发电系统的电原理框图；图2是本技术的电原理图；图3是混合储能系统容量优化配置方法计算流程图。图中各符号为DC/DC1、斩波电路；DC/DC2、第一升压电路、DC/DC3、第二升压电 路；B、蓄电池组；EDLC、超级电容器组；Tl、T2、T3、绝缘栅双极型晶体管；Li、L2、L3、电感； C1、C2、电容山1、02、03、二极管。具体实施方式参看图1和图2，本技术主要由五部分组成，分别是斩波电路DC/DC1、第一 升压电路DC/DC2、第二升压电路DC/DC3、超级电容器组EDLC和蓄电池组B。斩波电路DC/DC1的高压侧直接与光伏发电系统直流母线连接，低压侧连接蓄电 池组B，第一升压电路DC/DC2的低压侧连接蓄电池组B，高压侧连接超级电容器组EDLC，第 二升压电路DC/DC3的低压侧连接超级电容器组EDLC，高压侧直接接入光伏发电系统的直 流母线；混合储能系统可以根据光伏发电系统直流母线上的功率需求情况，通过斩波电路 DC/DC1、第一升压电路DC/DC2、第二升压电路DC/DC3对蓄电池组B和超级电容器组EDLC 进行灵活的充放电控制，解决光伏发电系统的供用电不平衡问题；该系统的斩波电路DC/ DC1、第一升压电路DC/DC2、第二升压电路DC/DC3中的功率都是单向流动，较双向控制器响 应速度更快；第一升压电路DC/DC2可以连接端电压不同的超级电容器组EDLC和蓄电池组 B，使两者在容量配置上可以更加灵活；第二升压电路DC/DC3控制混合储能系统的放电模 式，同时还可以起到稳定直流母线电压的作用，抑制了超级电容器组EDLC端电压变化对负 载供电的影响，提高了负载供电电能质量。由于超级电容器组EDLC功率密度大、循环寿命长，而蓄电池组B循环寿命短、充放 电条件相对严格，因此，在光伏电源输出波动或负载功率波动时，应灵活控制混合储能系统 的充放电，在保证系统供电电能质量的同时，优化蓄电池的充放电过程，延长其使用寿命。本技术应根据当地气候特征、光伏发电系统规模和技术指标、负荷特性等因 素对超级电容器组EDLC和蓄电池组B的容量进行优化配置，具体的优化配置方法如下(1)分析当地辐射数据、温度数据，得到具有代表性的日辐射变化规律和日温度变 化规律；(2)根据光伏电池参数、光伏发电系统规模以及日温度变化规律和日辐射变化规 律，得到光伏发电系统的日发电曲线；(3)分析当地用电负荷，得到可以表征当地负荷特性的负荷参数；(4 )根据光伏发电系统发电特征、负荷运行特性、超级电容器组EDLC和蓄电池组B 的充放电特性，并依据光伏发电系统各项技术指标，列出对超级电容器组EDLC和蓄电池组 B储能容量及充放电功率的要求；(5)以光伏发电系统各项技术指标为约束条件，以储能系统的整体经济性为优化 目标，对约束条件进行线性化处理后，使用单纯形法解决数学优化问题，从而得到超级电容 器组EDLC和蓄电池组B的优化配置方案。本技术针对上述优化配置方法，以VC++6. 0为平台开发了混合储能系统容量 优化配置软件，针对不同地域、不同规模以及不同的负荷特性的光伏发电系统，输入相应的 特征参数，即可得到超级电容器和蓄电池的优化配置方案。在充放电过程中，斩波电路DC/DC1、第一升压电路DC/DC2、第二升压电路DC/DC3 的工作状态以及超级电容器组和蓄电池组的充放电特征有以下几种模式(1)白天光照充足时段，光伏电源发出功率较大，负载功率也较大，直流母线上的 剩余功率处于蓄电池安全充电功率要求的范围之内，此时，斩波电路DC/DC1根据蓄电池组 的储能状态工作于三段式充电模式，DC/DC2和DC/DC3输出功率为零。在这种工作方式下， 光伏母线为蓄电池组充电，超级电容器组既不充电也不放电；(2)白天光照充足时段，光伏电源发出功率较大，负载功本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于光伏发电系统的混合储能系统，其特征在于，构成中包括斩波电路（ＤＣ／ＤＣ１）、第一升压电路（ＤＣ／ＤＣ２）、第二升压电路（ＤＣ／ＤＣ３）、蓄电池组（Ｂ）和超级电容器组（ＥＤＬＣ），所述斩波电路（ＤＣ／ＤＣ１）的高压侧接光伏发电系统直流母线，低压侧接蓄电池组（Ｂ），第一升压电路（ＤＣ／ＤＣ２）的低压侧接蓄电池组（Ｂ），高压侧接超级电容器组（ＥＤＬＣ），第二升压电路（ＤＣ／ＤＣ３）的低压侧接超级电容器组（ＥＤＬＣ），高压侧接光伏发电系统的直流母线。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张建成，刘建涛，强玉尊，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：实用新型
国别省市：13[中国|河北]