一種并網儲能系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種并網儲能系統，包括：光伏陣列、并網逆變模塊、用于電能變換和電流流向的控制的電能存儲單元、實現電站自動控制、調節、調度且控制電能存儲單元的調節功率變化的能量管理與自動化監控單元，所述光伏陣列、并網逆變模塊、電能存儲單元和能量管理與自動化監控單元之間相連接；所述電能存儲單元中包含有雙向逆變器和儲能器件，所述儲能器件為磷酸鐵鋰電池。通過上述方式，本實用新型提供的一種并網儲能系統，主要用于光伏分布式電站以及大型光伏地面電站，用于解決光伏電站在并網過程中的不穩定輸出問題。
【專利說明】一種并網儲能系統

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種儲能系統，特別是涉及一種并網儲能系統。

【背景技術】
[0002]1、國內發展情況
[0003]我國光伏組件產量自2007年以來，連續5年位居世界第一。2011年，我國光伏組件產量是當年新增安裝容量的10倍，90%的光伏組件需要銷往國外。
[0004]我國光伏產業嚴重依賴國外市場的風險在歐美“雙反”時暴露無遺。為挽救我國光伏產業，國家今年連續出臺政策支持分布式光伏發電發展。為了響應國家政策，國家電網公司發布分布式光伏發電相關管理辦法，為促進分布式發電的快速發展奠定了堅實的基礎。
[0005]我國從2009年開始實施特許權招標，推動地面大型光伏電站建設。同年，開始了“金太陽”工程和光電建筑示范項目，給予分布式光伏發電系統補貼，并按照投資規模的大小，確定補貼額度。截至2011年年底，國家已公布的光電建筑示范項目規模約為30萬千瓦。“金太陽”工程已公布的規模約為117萬千瓦。在項目建設中與之相關的規劃、設計、施工、管理和運行的標準、規范不健全，導致問題集中顯現。
[0006]國家公布的相關規劃提出，2015年分布式光伏發電要達到1000萬千瓦。同時，明確提出鼓勵在中東部地區建設與建筑結合的分布式光伏發電系統。
[0007]2014年，國家對光伏電站新增規模中大部分都是分布式電站，分布式電站中基本以屋頂方式進行。建設以工業園區大型光伏屋頂電站將成為未來光伏電站的趨勢。
[0008]2、國外發展情況
[0009]從國外的發展經歷看，有幾點經驗可供借鑒:
[0010]采取經濟杠桿保證光伏發電裝機容量持續穩定增長。德國可再生能源法規定了光伏發電的補貼辦法，對于屋頂光伏和地面光伏等各類光伏發電的應用模式，其規模不同，補貼力度不同。
[0011]該國2012年最新修改的法律規定，光伏發電的上網電價從17.94歐分每千瓦時到24.43歐分每千瓦時。該國還規定，未來12個月內如果安裝容量超過350萬千瓦，上網電價下降3% ;如果超過750萬千瓦，上網電價下降15%。
[0012]制定合理的分布式光伏發電管理方式，保證電網的安全運行。西班牙要求某一區域安裝的分布式電源的容量為該區域的峰值負荷的50%以下，盡量避免分布式電源反送電。德國要求100千瓦以上的分布式電源必須安裝遠程通信和控制裝置，以便調度實時了解其出力，并且可以進行調度。
[0013]目前，西班牙的電網調度尚不具備遠程監控和控制大規模光伏發電的能力，原因是輸電運營商僅要求I萬千瓦以上的光伏發電項目安裝遙測裝置，而西班牙還沒有如此大規模的光伏項目。隨著兆瓦級項目的增多，這些項目缺乏遙測設備將對電網運行產生顯著影響。實用新型內容
[0014]本實用新型主要解決的技術問題是提供一種并網儲能系統，主要用于光伏分布式電站以及大型光伏地面電站，用于解決光伏電站在并網過程中的不穩定輸出問題；具體涉及到電能存儲單元、能量管理單元和自動化監控單元的應用與研究三個方面的內容。
[0015]為解決上述技術問題，本實用新型采用的一個技術方案是:提供一種并網儲能系統，包括:光伏陣列、并網逆變模塊、用于電能變換和電流流向的控制的電能存儲單元、實現電站自動控制、調節、調度且控制電能存儲單元的調節功率變化的能量管理與自動化監控單元。
[0016]所述光伏陣列、并網逆變模塊、電能存儲單元和能量管理與自動化監控單元之間相連接。
[0017]所述電能存儲單元中包含有雙向逆變器和儲能器件，所述儲能器件為磷酸鐵鋰電池，所述電能存儲單元對儲能器件進行電能的變換和電流流向的控制通過雙向交換器實現。
[0018]所述能量管理與自動化監控單元對電站自動控制、調節、調度通過與公共電網的接入、切出實現，并且對電網狀態進行檢測并根據光伏模塊的輸出功率以控制電能存儲單元的調節功率變化。
[0019]在一個較佳實施例中，所述光伏陣列與電能存儲單元并聯，且輸出到1KV母線，所述能量管理與自動化監控單元對電能存儲單元進行能量管理和實時監控。
[0020]在一個較佳實施例中，所述電能存儲單元中包含有電池模塊，所述電池模塊中包含有若干電池單元，所述每個電池單元中包含有若干電池串，每個電池串與其他電池串之間均為并聯，且通過雙向交換器與1KV母線進行能量交換。
[0021 ] 在一個較佳實施例中，所述電池串中包含有若干磷酸鐵鋰電池和對磷酸鐵鋰電池進行電能均衡管理的電池管理模塊。
[0022]在一個較佳實施例中，所述能量管理與自動化監控單元中包含有控制器模塊和現場數據采集模塊，所述控制器模塊中包含有控制器和控制器局域網總線，所述現場數據采集模塊中包含有數據采集器；所述現場數據采集模塊通過控制器局域網總線、控制器和數據采集器進行通訊。
[0023]在一個較佳實施例中，所述并網逆變模塊中包含有外圍電路、開機控制模塊和最大功率點跟蹤模塊，所述開機控制模塊和最大功率點跟蹤模塊分別與外圍電路之間連接。
[0024]在一個較佳實施例中，所述外圍電路中包含有預充電接觸器、直流空氣斷路器、有源逆變器裝置、電壓檢測模塊和交流空氣斷路器，所述預充電接觸器、直流空氣斷路器、有源逆變器裝置、電壓檢測模塊、交流空氣斷路器之間電性連接。
[0025]在一個較佳實施例中，所述開機控制模塊中包含有判斷預充電接觸器是否閉合的直流側絕緣監測模塊、對電壓、電流數據進行比較判斷的數據比較模塊、與判斷電壓電流數據是否同步，控制判斷交流空氣斷路器是否閉合的數據同步模塊，所述直流側絕緣監測模塊、數據比較模塊和數據同步模塊按順序依次連接。
[0026]本實用新型的有益效果是:1)電能存儲單元:本實用新型提到的電能存儲單元采用鋰電池作為電能存儲的基礎單元，通過雙向變換器與1KV交流母線連接，進行能量交換；2)能量管理與自動化監控單元:監測、控制、計量、維護與診斷、調度等功能；研究自動實現與公共電網的接入、切出，使得整個屋頂電站實現自動控制調節、調度；實時對電網側的狀態進行檢測，同時根據光伏系統實時長傳的輸出功率，控制電能存儲單元的調節功率的變化，實現功率平滑、無功補償、削峰填谷等功能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]為了更清楚地說明本實用新型實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它的附圖，其中:
[0028]圖1是本實用新型的一種并網儲能系統一較佳實施例的系統控制原理圖；
[0029]圖2是本實用新型的一種并網儲能系統一較佳實施例的電能儲能單元結構圖；
[0030]圖3是本實用新型的一種并網儲能系統一較佳實施例的能量管理與自動化監控單元原理圖；
[0031]圖4是本實用新型的一種并網儲能系統一較佳實施例的DCC開機控制模塊原理流程圖；
[0032]圖5是本實用新型的一種并網儲能系統一較佳實施例的并網逆變模塊原理圖。
[0033]附圖中各部件的標記如下:1、絕緣監測模塊；2、旁路接觸器；3、預充電接觸器；4、外部電源；sro1、直流浪涌防雷器；SH)2、交流浪涌防雷器；QF1、直流空氣斷路器；QF2、交流空氣斷路器；R1、充電電阻；B1、直流濾波；B2、交流濾波；VSM1、第一電壓檢測模塊；VSM2、第二電壓檢測模塊；FU、熔斷器；RH1、溫度傳感器；VD、防反二極管；ALM、有源逆變器裝置；PVGF、有源濾波。

【具體實施方式】
[0034]下面將對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅是本實用新型的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0035]請參閱圖1、圖2、圖3、圖4、圖5，本實用新型實施例包括:
[0036]一種并網儲能系統，包括:光伏陣列、并網逆變模塊、用于電能變換和電流流向的控制的電能存儲單元、實現電站自動控制、調節、調度且控制電能存儲單元的調節功率變化的能量管理與自動化監控單元。
[0037]所述光伏陣列、并網逆變模塊、電能存儲單元和能量管理與自動化監控單元之間相連接。
[0038]所述電能存儲單元中包含有雙向逆變器和儲能器件，所述儲能器件為磷酸鐵鋰電池，所述電能存儲單元對儲能器件進行電能的變換和電流流向的控制通過雙向交換器實現；
[0039]所述能量管理與自動化監控單元對電站自動控制、調節、調度通過與公共電網的接入、切出實現，并且對電網狀態進行檢測并根據光伏模塊的輸出功率以控制電能存儲單元的調節功率變化。
[0040]所述光伏陣列與電能存儲單元并聯，且輸出到1KV母線，所述能量管理與自動化監控單元對電能存儲單元進行能量管理和實時監控。
[0041]所述電能存儲單元中包含有電池模塊，所述電池模塊中包含有若干電池單元，所述每個電池單元中包含有若干電池串，每個電池串與其他電池串之間均為并聯,且通過雙向交換器與1KV母線進行能量交換。
[0042]優選的，所述電池串的數量為4個。
[0043]所述電池串中包含有若干磷酸鐵鋰電池和對磷酸鐵鋰電池進行電能均衡管理的電池管理模塊。
[0044]所述能量管理與自動化監控單元中包含有控制器模塊和現場數據采集模塊，所述控制器模塊中包含有控制器和控制器局域網總線，所述現場數據采集模塊中包含有數據采集器；所述現場數據采集模塊通過控制器局域網總線、控制器和數據采集器進行通訊。
[0045]所述并網逆變模塊中包含有外圍電路、開機控制模塊和最大功率點跟蹤模塊，所述開機控制模塊和最大功率點跟蹤模塊分別與外圍電路之間連接。
[0046]所述外圍電路中包含有預充電接觸器、直流空氣斷路器、有源逆變器裝置、電壓檢測模塊和交流空氣斷路器，所述預充電接觸器、直流空氣斷路器、有源逆變器裝置、電壓檢測模塊、交流空氣斷路器之間電性連接。
[0047]所述電壓檢測模塊包含有第一電壓檢測模塊和第二電壓檢測模塊。
[0048]所述開機控制模塊中包含有判斷預充電接觸器是否閉合的直流側絕緣監測模塊、對電壓、電流數據進行比較判斷的數據比較模塊、與判斷電壓電流數據是否同步，控制判斷交流空氣斷路器是否閉合的數據同步模塊，所述直流側絕緣監測模塊、數據比較模塊和數據同步模塊按順序依次連接。
[0049]在一個具體實施中，電能存儲單元設置為大容量電能儲能系統，能量管理與自動化監控單元中包含有EMS，即能量管理系統。
[0050]所述電能存儲以500KWH為一個單元進行設計，每248塊單節磷酸鐵鋰電池進行串聯，一共4串進行并聯，通過PCS設備(雙向變換器)與1KV母線進行能量交換，并且電池組有BMS系統(電池管理系統)進行電能均衡管理。
[0051]整個系統以PVSS為基礎進行二次軟件集成開發，整個通訊以CAN總線形式進行。
[0052]在能量管理系統中，所述的CAN總線，即控制器局域網CAN( Controller AreaNetwork)屬于現場總線的范疇，是一種有效支持分布式控制系統的串行通信網絡。是由德國博世公司在20世紀80年代專門為汽車行業開發的一種串行通信總線。由于其高性能、高可靠性以及獨特的設計而越來越受到人們的重視，被廣泛應用于諸多領域。而且能夠檢測出產生的任何錯誤。當信號傳輸距離達到1km時，CAN仍可提供高達50kbit/s的數據傳輸速率。由于CAN總線具有很高的實時性能和應用范圍，從位速率最高可達IMbps的高速網絡到低成本多線路的50Kbps網絡都可以任意搭配。因此，CAN己經在汽車業、航空業、工業控制、安全防護等領域中得到了廣泛應用。
[0053]隨著CAN總線在各個行業和領域的廣泛應用，對其的通信格式標準化也提出了更嚴格的要求。1991年CAN總線技術規范(VerS1n2.0)制定并發布。該技術規范共包括A和B兩個部分。其中2.0A給出了 CAN報文標準格式，而2.0B給出了標準的和擴展的兩種格式。美國的汽車工程學會SAE在2000年提出了 J1939協議，此后該協議成為了貨車和客車中控制器局域網的通用標準。
[0054]因此，在本系統的整個系統中，現場數據以CAN總線形式通訊，然后通過PLC(可編程控制器)或者數據采集器進行以太網遠程通訊，將數據傳到遠程數據中心，通過遠程數據中心進行管理。
[0055]所述并網逆變模塊中包含有逆變器，所述逆變器優選為大功率并網逆變器。
[0056]所述大功率逆變器以西門子S120系統為基礎進行設計，自行設計外圍電路、DCC控制程序和最大功率點跟蹤算法。
[0057]所述外圍電路中包含有預充電接觸器、直流空氣斷路器、有源逆變器裝置、電壓檢測模塊和交流空氣斷路器，所述預充電接觸器、直流空氣斷路器、有源逆變器裝置、電壓檢測模塊、交流空氣斷路器之間電性連接。
[0058]所述DCC控制程序中包含有判斷預充電接觸器是否閉合的直流側絕緣監測模塊、對電壓、電流數據進行比較判斷的數據比較模塊、與判斷電壓電流數據是否同步，控制判斷交流空氣斷路器是否閉合的數據同步模塊，所述直流側絕緣監測模塊、數據比較模塊和數據同步模塊按順序依次連接。
[0059]在DCC控制程序的具體實施中，首先判斷開機鍵是否按下，當開機鍵按下時，利用直流側絕緣監測模塊檢測、判斷絕緣側檢測是否通過，當不通過時，進行報錯，當通過時，合上預充電接觸器KM1，等待母線電容進行充電，且閉合上QF1，然后比較2個電壓檢測模塊VSMl和VSM2采集到的電流、電壓數據，從而判斷數據是否同步，當數據不同步時，重新返回比較VSMl和VSM2采集到的電流、電壓數據，一直到數據同步，從而閉合QF2。
[0060]關于最大功率點跟蹤算法，本系統中采用三點比較法。
[0061]具體來說，三點比較法是指通過不斷調整電壓步長Λ U對最大功率點進行判斷和控制，最后利用閾值Λ U判斷是否達到最優點。具體是在光伏電池P-U特性曲線峰值點附近從左到右依次取A、B、C三個點的電壓和功率，然后用三個點的功率比較結果來調整PWM，從而實現快速跟蹤。該方法有以下四個特點:(I)算法本身就能夠準確快速地跟蹤到最大功率點；(2)避免了在最大功率點附近因擾動造成的功率損失，但是在三點比較過程中，由于每次比較均需要先采集三個點的電壓和功率，而在采集期間系統并沒有工作在最大功率點，造成了功率的損失，因此在找到了最大功率點后，應該間隔比較長的時間再進行三點比較；(3)算法的復雜性決定了需要處理大量數據，對硬件系統的性能提出了較高要求；(4)當光強發生突變時，不能盲目移動工作點，需待日照量穩定后再追蹤。
[0062]由于三點比較法采用軟件控制，算法中把"Pa彡Pb且Pb彡Pc〃這種情況(即天空有云遮擋)歸入了系統已達到最大功率點的情況，兩者做同樣處理:不跟隨日照量的快速改變而盲目調整工作電壓，避免了系統過快的振蕩。
[0063]此種處理會造成一小部分功率損失，但相對于換來整個系統穩定運轉是值得的:假設原來系統處于最大工作電壓Umaxl上，檢測到的相應電流為Imaxl，日照突變后應達到的最大工作電壓為Umax2，相應電流為Imax2，則系統不移動工作點造成的功率損失為P=Pmax 2 -Pmax I =Umax 21 max 2 -Umax 11 max I,由于太陽很快恢復到原來的日照量，沒改動的Umaxl又成為最大工作電壓，系統恢復原先穩定狀態。
[0064]在光伏電站建設的具體實施中中，增加本實用新型提到的并網儲能系統，具有以下優點:
[0065]1、延緩了電網投資建設、降低電能線路損耗，具有良好的節能減排效益；
[0066]2、對電網具有一定的調峰作用；
[0067]3、無需另外占地，節約了土地資源；
[0068]4、解決了光伏發電不穩定性；
[0069]5、改善了光伏電站并網的電能質量；
[0070]6、提高系統帶負載能力，減輕大電網的壓力。
[0071]以上所述僅為本實用新型的實施例，并非因此限制本實用新型的專利范圍，凡是利用本實用新型說明書內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其它相關的【技術領域】，均同理包括在本實用新型的專利保護范圍內。
【權利要求】
1.一種并網儲能系統，其特征在于，包括:光伏陣列、并網逆變模塊、用于電能變換和電流流向的控制的電能存儲單元、實現電站自動控制、調節、調度且控制電能存儲單元的調節功率變化的能量管理與自動化監控單元，所述光伏陣列、并網逆變模塊、電能存儲單元和能量管理與自動化監控單元之間相連接； 所述電能存儲單元中包含有雙向逆變器和儲能器件，所述儲能器件為磷酸鐵鋰電池，所述電能存儲單元對儲能器件進行電能的變換和電流流向的控制通過雙向交換器實現； 所述能量管理與自動化監控單元對電站自動控制、調節、調度通過與公共電網的接入、切出實現，對電網狀態進行檢測并根據光伏模塊的輸出功率以控制電能存儲單元的調節功率變化。
2.根據權利要求1所述的并網儲能系統，其特征在于，所述光伏陣列與電能存儲單元并聯，且輸出到10?母線，所述能量管理與自動化監控單元對電能存儲單元進行能量管理和實時監控。
3.根據權利要求2所述的并網儲能系統，其特征在于，所述電能存儲單元中包含有電池模塊，所述電池模塊中包含有若干電池單元，所述每個電池單元中包含有若干電池串，每個電池串與其他電池串之間均為并聯，且通過雙向交換器與10?母線進行能量交換。
4.根據權利要求3所述的并網儲能系統，其特征在于，所述電池串中包含有若干磷酸鐵鋰電池和對磷酸鐵鋰電池進行電能均衡管理的電池管理模塊。
5.根據權利要求1所述的并網儲能系統，其特征在于，所述能量管理與自動化監控單元中包含有控制器模塊和現場數據采集模塊，所述控制器模塊中包含有控制器和控制器局域網總線，所述現場數據采集模塊中包含有數據采集器；所述現場數據采集模塊通過控制器局域網總線、控制器和數據采集器進行通訊。
6.根據權利要求2所述的并網儲能系統，其特征在于，所述并網逆變模塊中包含有外圍電路、開機控制I旲塊和最大功率點跟蹤I旲塊，所述開機控制I旲塊和最大功率點跟蹤I旲塊分別與外圍電路之間連接。
7.根據權利要求6所述的并網儲能系統，其特征在于，所述外圍電路中包含有預充電接觸器、直流空氣斷路器、有源逆變器裝置、電壓檢測模塊和交流空氣斷路器，所述預充電接觸器、直流空氣斷路器、有源逆變器裝置、電壓檢測模塊、交流空氣斷路器之間電性連接。
8.根據權利要求7所述的并網儲能系統，其特征在于，所述開機控制模塊中包含有判斷預充電接觸器是否閉合的直流側絕緣監測模塊、對電壓、電流數據進行比較判斷的數據比較模塊、與判斷電壓電流數據是否同步，控制判斷交流空氣斷路器是否閉合的數據同步模塊，所述直流側絕緣監測模塊、數據比較模塊和數據同步模塊按順序依次連接。
【文檔編號】H02J3/32GK204179676SQ201420580649
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年10月10日 優先權日:2014年10月10日
【發明者】金銀, 陶倩華 申請人:蘇州高創特新能源發展有限公司