專利名稱：新能源分布式儲能應用控制系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及電能的儲存以及離網、并網逆變發電等領域，具體是指將太陽能、電網電能儲存在儲能器件(如電池組)中，在需要的時候再離網或并網逆變發電的一種控制系統。
背景技術：
在光伏發電領域，目前常用的太陽能的利用模式主要有附圖1的小型離網發電的光伏利用模式，附圖2的大型光伏電站并網發電的光伏利用模式和附圖3的大型儲能電站的光伏利用模式等幾種。附圖1的小型光伏離網發電利用模式適合應用在路燈、廣告牌、小型光伏建筑一體化、住所屋頂發電等場合，因未接受電網的調度，儲存的電能可能會因為長時間無負載消耗掉而使太陽能電池陣列不能向電池組儲能或向負載供電，造成很大的浪費，系統經濟性不高。附圖2的大型光伏電站的并網發電利用模式，應用較多。目前，這種光伏電站規模還比較小，并網發電對電網造成的影響還比較小，當大型光伏電站建設達到一定規模，勢必會對電網造成很大的困擾。因為，光伏發電是極不穩定的，白天有，晚上沒有，即使白天也是極不穩定的，因此，供電系統很難調度管理。大型光伏電站需要鋪設很多塊太陽能電池板， 多塊太陽能電池板串聯后再經匯流箱并聯匯流，然后輸入到多臺并聯的幾百千瓦甚至兆瓦級的逆變器，經逆變器并網發電。很多塊太陽能電池板串并聯的缺點是整個太陽能電池陣列的輸出是以發電效果最差的那串太陽能電池為基準的，太陽能電池陣列還受到所處環境的云層、建筑物陰影、灰塵、溫度、線路分布阻抗等的影響嚴重，太陽能電池陣列可能會形成多個不斷變化的最大功率點。一般，太陽能電池的最大功率追蹤功能都是集成在逆變器中， 因此，逆變器有可能不是工作在實際最佳的最大功率點上，造成光伏電站發電效率不高，光伏電站投資效益不高。附圖3的大型儲能電站是為了緩解供電調度問題而形成的。在電網負荷重的時候，可以將大型儲能單元陣列儲存的電能或者是太陽能電池陣列所產生的電能經逆變器并網發電，在電網負荷輕的時候，可以將電網多余的電能暫時儲存在大型儲能單元陣列中，以備急需。此種利用模式能起到緩解供電調度問題，但是投資建造這種大型儲能電站，需要大塊土地和許多大型儲能用電池，與當前土地資源日趨緊張的局面形成沖突，大型儲能用電池集中配置的安全性也需要考慮，而且，當儲能電站其中某個太陽能電池板、某個蓄電池或某臺大功率設備出現問題，將使儲能電站中大片設備停機待修，無法執行電網調度指令，造成極大浪費，投資收益降低。因此，有必要研究新的儲能逆變發電系統來解決上述問題。

發明內容
本發明需解決的技術問題是(1)、解決光伏發電系統因太陽能電池的短板效應而使太陽能利用率降低的問題；
(2)、解決現有儲能電站占用大量土地資源，維護成本高，效益低的問題；
(3)、解決現有光伏發電系統無電網調峰調谷功能的問題；
(4)、解決富余電能儲存的問題。為解決上述技術問題，本發明電路所采取的技術方案是
提供一種新能源分布式儲能應用控制系統，包括一系統總控單元及一個或多個受總控單元控制的子系統。每個子系統分別包括一個或多個數量對應設置的下列功能單元新能源發電裝置，采用太陽能電池陣列或風力發電機組或二者結合，與發電/儲能控制單元連接受該單元控制；儲能單元，由蓄電池或者超級電容等儲能器件串并聯組成，與發電/儲能控制單元連接受該單元控制實現電能的存儲；發電/儲能控制單元，與系統總控單元通訊， 接受系統總控單元命令實現系統內電能的轉換；所述電能的轉換包括電網與儲能單元之間雙向的電能變換、新能源發電裝置向電網、新能源發電裝置向交流負載、新能源發電裝置向儲能單元、儲能單元向交流負載的電能轉換；并將儲能單元及自身的狀態信息發送給系統總控單元；逆變器單元，采用雙向逆變電路，與發電/儲能控制單元連接，受系統總控單元控制完成電網與儲能單元之間雙向的電能變換及新能源發電裝置向電網、新能源發電裝置向交流負載、儲能單元向交流負載的電能轉換的電能轉換；離網/并網控制單元，連接于逆變器單元與交流負載之間，受系統總控單元控制實現交流負載與電網的供用電切換。每個子系統可配置于一獨立建筑區域內。進一步的，所述系統總控單元與電網監控調度系統通訊，受電網監控調度系統調度協調控制系統內電能的走向。進一步的，所述儲能單元內部帶有電池管理系統(BMS)；所述發電/儲能控制單元還與儲能單元的電池管理系統(BMS)通訊，實現儲能單元狀態監控。或者，本發明采用另一種近似方案所述新能源分布式儲能應用控制系統包括一系統總控單元及一逆變器單元、一離網/并網控制單元，另外包括一個或多個新能源發電裝置、對應新能源發電裝置數量的儲能單元、對應新能源發電裝置數量的發電/儲能控制單元。上述新能源發電裝置、儲能單元、發電/儲能控制單元為一組，每組設置在一區域內， 上述三個功能模塊共用一路逆變器單元及一路離網/并網控制單元，通過連接線路匯集至逆變器單元。其中各個模塊的功能與上一方案類似，即新能源發電裝置采用太陽能電池陣列或風力發電機組或二者結合，與發電/儲能控制單元連接受該單元控制；儲能單元由蓄電池或者超級電容等儲能器件串并聯組成，與發電/儲能控制單元連接受該單元控制實現電能的存儲；發電/儲能控制單元與系統總控單元通訊，接受系統總控單元命令實現系統內電能的轉換；所述電能的轉換包括電網與儲能單元之間雙向的電能變換、新能源發電裝置向電網、新能源發電裝置向交流負載、新能源發電裝置向儲能單元、儲能單元向交流負載的電能轉換；并將儲能單元及自身的狀態信息發送給系統總控單元。逆變器單元采用雙向逆變電路，與各個發電/儲能控制單元連接，受系統總控單元控制完成電網與儲能單元之間雙向的電能變換及新能源發電裝置向電網、新能源發電裝置向交流負載、儲能單元向交流負載的電能轉換的電能轉換。離網/并網控制單元，連接于逆變器單元與交流負載之間，受系統總控單元控制實現交流負載與電網的供用電切換。每個子系統可配置于一獨立建筑區域內。進一步的，所述系統總控單元與電網監控調度系統通訊，受電網監控調度系統調度協調控制系統內電能的走向。進一步的，所述儲能單元內部帶有電池管理系統(BMS)；所述發電/儲能控制單元還與儲能單元的電池管理系統(BMS)通訊，實現儲能單元狀態監控。相對于現有技術，本發明的有益效果在于
1)、本發明所述系統能實現多種富余電能的儲存利用，進而實現電網的調峰調谷的功能；其各模塊功能設計獨立、完善，各模塊功能相輔相成，應用在大型儲能電站中，某個單元設備出現故障時，只與此設備直接相關的儲能及發電單元不能正常工作，不會對整個系統造成很大影響，維修及維護的工程和造價都比較小；
2)、本發明所述系統中新能源發電裝置、儲能單元、發電/儲能控制單元、逆變器單元等關鍵組成部件可以分散布置在某個區域內建筑的屋頂、幕墻、閑置地塊上，無需另外開辟土地來安裝這些發電設備，節省資源；
3)、采用本發明所述系統可以取消現有太陽能發電逆變系統中必須配置的防雷匯流箱，并可取消逆變器單元的最大功率點跟蹤功能，而改由發電/儲能控制單元完成這些功能，可以最大限度保證各個新能源發電裝置都工作在各自的最大功率點附近，提高新能源發電裝置發電效率。


圖1是現有技術中小型離網發電的光伏利用模式原理示意框圖； 圖2是現有技術中大型光伏電站并網發電的光伏利用模式原理示意圖； 圖3是現有技術中大型儲能電站的光伏利用模式示意圖4是本發明所述新能源分布式儲能應用控制系統組成原理示意圖； 圖5是本發明所述新能源分布式儲能應用控制系統另一實施例組成原理示意圖。
具體實施例方式為了便于本領域的技術人員理解，下面結合具體實施例及附圖對本發明作進一步的詳細描述。如圖4，該實施例所述新能源分布式儲能應用控制系統包括新能源發電裝置、發電 /儲能控制單元、儲能單元、逆變器單元、離網/并網控制單元、系統總控單元、電網監控調度系統。其應用于大型儲能電站應用系統中，所述的發電/儲能控制單元和新能源發電裝置、儲能單元、交流電網、系統總控單元相連接，發電/儲能控制單元通過通訊線和儲能單元的電池管理系統(BMS)通訊，監控儲能單元狀態，還通過通訊線和系統總控單元通訊，接收系統總控單元指令和向系統總控單元發送儲能單元、新能源發電裝置的狀態信息。新能源發電裝置1、儲能單元1、發電/儲能控制單元1被配置在區域一；新能源發電裝置2、儲能單元2、發電/儲能控制單元2被配置在區域二內；新能源發電裝置η、儲能單元η、發電/儲能控制單元η被配置在區域N內，配置在區域一、二、…N的發電/儲能控制單元1、2、-η 的輸出并聯在一起，作為逆變器單元的輸入，逆變器單元和系統總控單元、交流電網以及離網/并網控制單元相連接。逆變器單元和離網/并網控制單元接收系統總控單元指令，在負載需要時，工作在向負載供電的離網模式，當新能源發電裝置可以發電且電網有調度需求時，工作在向電網發電的并網模式，在新能源發電裝置發不出電的時候，發電/儲能控制單元1、2、···η可以接收系統總控單元指令，將電網電能經整流和功率因數校正以及高頻變換后向儲能單元1、2、···!!儲能，通過電網監控調度系統的合理調度，可以實現對交流電網的調峰調谷的功能。逆變器單元不再集成最大功率追蹤的功能，而將最大功率追蹤的功能加入到發電/儲能控制單元中，使得新能源發電裝置都按各自最大功率來發電，使整個新能源發電裝置系統發電效率最大化。 上述分布式儲能逆變系統至少有六種工作模式，下面將結合附圖4加以詳細說明。 模式一新能源發電裝置所發電能儲存模式。在新能源發電裝置發電正常、儲能單元電量不足、電網監控調度系統未發調度指令、交流負載不工作的條件下，新能源發電裝置所發電能經發電/儲能控制單元控制向儲能單元儲能，發電/儲能控制單元和儲能單元的 BMS系統通訊，實時智能監控儲能單元狀態，保證儲能安全可靠進行。模式二 電網電能儲存模式。在新能源發電裝置不能發電、儲能單元電量不足、且電網負荷不重的情況下，電網監控調度系統發出指令，發電/儲能控制單元內部充電控制模塊開始工作，電網電能儲存在儲能單元中。模式三新能源發電裝置所發電能既儲存同時又并網逆變發電的模式。在有新能源發電裝置發電正常、儲能單元電量不足、電網監控調度系統有調度指令、交流負載不工作的條件下，新能源發電裝置產生的電能經發電/儲能控制單元控制向儲能單元儲能的同時，發電/儲能控制單元輸出穩定直流電經逆變器單元并網發電。模式四新能源發電裝置所發電能既儲存同時又離網逆變發電的模式。此模式和模式三不同的是逆變器單元不并網，只向區域內的交流負載供電。模式五儲存的電能并網逆變發電的模式。在新能源發電裝置不能發電、儲能單元電量充足、且電網負荷重的情況下，電網監控調度系統發出指令，儲存的電能經發電/儲能控制單元和逆變器單元并網發電。模式六儲存的電能離網逆變發電的模式。此模式和模式五不同的是逆變器單元不并網，只向區域內的交流負載供電。分布式儲能逆變系統中分布在某個區域的新能源發電裝置1，發電/儲能控制單元1、儲能單元1與分布在另一區域的新能源發電裝置2、發電/儲能控制單元2、儲能單元 2或者分布在其他區域的新能源發電裝置η、發電/儲能控制單元η、儲能單元η何時工作在儲能狀態，何時工作在發電狀態，完全由系統總控單元根據采集的新能源發電裝置、儲能單元、交流電網及其它設備的當前狀態來決定。圖5為本發明所述系統另一實施例組成框圖。其比較適合應用于小型新能源發電系統。圖5所示實施例與圖4所示實施例不同的是，各個發電/儲能控制單元的直流輸出不是并聯在一起，而是各自連接小型逆變器單元，逆變器單元連接離網/并網控制單元，然后離網或并網發電。一個新能源發電裝置配置一個發電/儲能控制單元、一個儲能單元、一個逆變器單元、一個離網/并網控制單元，這些模塊為一組，配置在同一區域，其工作模式與原理與圖4所示實施例類似，在此不再贅述。
本發明中未具體描述的功能單元均可采用現有技術中的成熟功能模塊，在此不再贅述。需要說明的是，上述實施方式僅為本發明較佳的實施方案，不能將其理解為對本發明保護范圍的限制，在未脫離本發明構思前提下，對本發明所做的任何均等變化與修飾均屬于本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種新能源分布式儲能應用控制系統，其特征在于，包括一系統總控單元，及一個或多個數量對應設置的下列功能單元新能源發電裝置，采用太陽能電池陣列或風力發電機組或二者結合，與發電/儲能控制單元連接受該單元控制；儲能單元，由蓄電池或者超級電容等儲能器件串并聯組成，與發電/儲能控制單元連接受該單元控制實現電能的存儲；發電/儲能控制單元，與系統總控單元通訊，接受系統總控單元命令實現系統內電能的轉換；所述電能的轉換包括電網與儲能單元之間雙向的電能變換、新能源發電裝置向電網、新能源發電裝置向交流負載、新能源發電裝置向儲能單元、儲能單元向交流負載的電能轉換；并將儲能單元及自身的狀態信息發送給系統總控單元；逆變器單元，采用雙向逆變電路，與發電/儲能控制單元連接，受系統總控單元控制完成電網與儲能單元之間雙向的電能變換及新能源發電裝置向電網、新能源發電裝置向交流負載、儲能單元向交流負載的電能轉換的電能轉換；離網/并網控制單元，連接于逆變器單元與交流負載之間，受系統總控單元控制實現交流負載與電網的供用電切換。
2.根據權利要求1所述的新能源分布式儲能應用控制系統，其特征在于，所述系統總控單元與電網監控調度系統通訊，受電網監控調度系統調度協調控制系統內電能的走向。
3.根據權利要求2所述的新能源分布式儲能應用控制系統，其特征在于，所述儲能單元內部帶有電池管理系統(BMS)。
4.根據權利要求3所述的新能源分布式儲能應用控制系統，其特征在于，所述發電/儲能控制單元還與儲能單元的電池管理系統(BMQ通訊，實現儲能單元狀態監控。
5.根據權利要求4所述的新能源分布式儲能應用控制系統，其特征在于，所述系統以對應設置的一組新能源發電裝置、儲能單元、發電/儲能控制單元、逆變器單元、離網/并網控制單元以及交流負載為子系統，每個子系統配置于一獨立建筑區域內。
6.一種新能源分布式儲能應用控制系統，其特征在于，包括 一系統總控單元；一個或多個新能源發電裝置，采用太陽能電池陣列或風力發電機組或二者結合，與發電/儲能控制單元連接受該單元控制；對應新能源發電裝置數量的儲能單元，由蓄電池或者超級電容等儲能器件串并聯組成，與發電/儲能控制單元連接受該單元控制實現電能的存儲；對應新能源發電裝置數量的發電/儲能控制單元，與系統總控單元通訊，接受系統總控單元命令實現系統內電能的轉換；所述電能的轉換包括電網與儲能單元之間雙向的電能變換、新能源發電裝置向電網、新能源發電裝置向交流負載、新能源發電裝置向儲能單元、 儲能單元向交流負載的電能轉換；并將儲能單元及自身的狀態信息發送給系統總控單元；一逆變器單元，采用雙向逆變電路，與各個發電/儲能控制單元連接，受系統總控單元控制完成電網與儲能單元之間雙向的電能變換及新能源發電裝置向電網、新能源發電裝置向交流負載、儲能單元向交流負載的電能轉換的電能轉換；一離網/并網控制單元，連接于上述逆變器單元與交流負載之間，受系統總控單元控制實現交流負載與電網的供用電切換。
7.根據權利要求6所述的新能源分布式儲能應用控制系統，其特征在于，所述系統總控單元與電網監控調度系統通訊，受電網監控調度系統調度協調控制系統內電能的走向。
8.根據權利要求7所述的新能源分布式儲能應用控制系統，其特征在于，所述儲能單元內部帶有電池管理系統(BMS)。
9.根據權利要求8所述的新能源分布式儲能應用控制系統，其特征在于，所述發電/儲能控制單元還與儲能單元的電池管理系統(BMS)通訊，實現儲能單元狀態監控。
10.根據權利要求9所述的新能源分布式儲能應用控制系統，其特征在于，所述系統以對應設置的新能源發電裝置、儲能單元、發電/儲能控制單元為一組，每組設置在一區域內，通過連接線路匯集至逆變器單元。
全文摘要
本發明涉及一種新能源分布式儲能應用控制系統，其包括新能源發電裝置、儲能單元、發電/儲能控制單元、逆變器單元等及一系統總控單元；發電/儲能控制單元連接新能源發電裝置、儲能單元、逆變器單元以及電網，并與系統總控單元以及儲能單元之間相互通訊。發電/儲能控制單元在系統總控單元控制下，可以將新能源發電裝置發出的電或電網交流電變換后儲存在儲能單元中，也可以直接逆變成交流電向電網供電或者向交流負載供電，還可以將儲存在儲能單元中的電能逆變為交流電向電網供電或者向交流負載供電。本發明能最大限度提高新能源發電裝置在實際應用環境下的發電效率，還能實現電網調峰調谷功能，使電網電能得到合理利用，減少電能浪費。
文檔編號H02J15/00GK102280940SQ20111026081
公開日2011年12月14日 申請日期2011年9月6日 優先權日2011年9月6日
發明者姜靖, 朱昌亞, 李松, 湯能文, 洪光岱, 黃先偉 申請人:天寶電子(惠州)有限公司