專利名稱：一種電力分布式儲能裝置及其控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電能的儲存以及離網(wǎng)、并網(wǎng)逆變發(fā)電等領(lǐng)域，具體是指將太陽能、電網(wǎng)電能儲存在儲能器件(如電池組)中，在需要的時候再離網(wǎng)或并網(wǎng)逆變發(fā)電的一種控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著世界人口的增加和人們繼續(xù)追求更高標(biāo)準(zhǔn)的生活。對能源的需求將繼續(xù)增加，所面臨的挑戰(zhàn)在于如何提供這種可靠的和可持續(xù)的能量來源，同時保持對環(huán)境的尊重。燃煤發(fā)電和其他的化石燃料能源是有限的資源，但是，它們也導(dǎo)致對環(huán)境的不良影響。雖然很明顯，可再生能源在和傳統(tǒng)的能量結(jié)合使用的時候，它肯定能發(fā)揮作用，但是也很明顯，可再生資源不能立即取代傳統(tǒng)能源，解決問題?？稍偕Y源有一些缺點(diǎn)，一個主要的缺點(diǎn)是它對地理位置的依賴。例如，獲得太陽能量的最佳位置在沙漠地區(qū)。然而，許多需要的客戶不會駐留在這些干旱地區(qū)消費(fèi)。風(fēng)力發(fā)電也同樣的面臨著地理問題。最好的可利用的風(fēng)能是在美國中西部和大平原，同樣，大多數(shù)此能源消費(fèi)者不在這些地區(qū)?？稍偕茉吹牧硪粋€缺點(diǎn)是具有間歇性。當(dāng)發(fā)生意外，風(fēng)速下降時，燃煤電廠需要更多的額外能量去彌補(bǔ)發(fā)電量。然而，燃煤發(fā)電廠不能快速提升他們的原料補(bǔ)給以抵缺乏風(fēng)能所消影響，因此，就需要能量存儲系統(tǒng)和可再生能源配合使用，以抵消間歇性所造成的影響。電網(wǎng)面臨的另一個問題是用電高峰問題。這個問題出現(xiàn)的時間是在能源需求量最大的時候，一般發(fā)生在下午5點(diǎn)至晚上7點(diǎn)這段時間，如在圖I所示。在這幾個小時內(nèi)，發(fā)電廠必須增加能源補(bǔ)給以跟上能量需求的增長。在這幾個小時里，電力設(shè)施所消耗的能量是昂貴的，這個過程成本很高。這些增加的價格通常是由商業(yè)和工業(yè)客戶支付的。目前，大部分住宅客戶支付的統(tǒng)一稅率；然而，隨著計量技術(shù)的改進(jìn)，公用事業(yè)公司將對這個時間段的用電收取不同的費(fèi)率價格。與此相反，在深夜和清晨，能源需求下降到遠(yuǎn)低于基線期間發(fā)電量，在這幾個小時的電能很便宜實(shí)用，適合消費(fèi)者購買。顯然，需要一個儲能裝置來解決能量使用高峰期問題，和可再生資源間歇性問題。如圖2所示，電池的能量存儲系統(tǒng)(BES)的影響。一個有效的BES系統(tǒng)可以在能源消耗繁忙時期，和可再生資源間歇性時期提供額外的能量。分布式能源存儲系統(tǒng)與可再生能源和燃煤發(fā)電結(jié)合使用，可以幫助電網(wǎng)更高效的運(yùn)行，同時保證成本效益。在光伏發(fā)電領(lǐng)域，目前常用的太陽能的利用模式主要有附圖I的小型離網(wǎng)發(fā)電的光伏利用模式，附圖2的大型光伏電站并網(wǎng)發(fā)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I的小型光伏離網(wǎng)發(fā)電利用模式適合應(yīng)用在路燈、廣告牌、小型光伏建筑一體化、住所屋頂發(fā)電等場合，因未接受電網(wǎng)的調(diào)度，儲存的電能可能會長時間無負(fù)載消耗掉而使太陽能電池陣列不能向電池組儲能或向負(fù)載供電，造成很大的浪費(fèi)，系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性不高。
附圖2的大型光伏電站的并網(wǎng)發(fā)電利用模式，應(yīng)用較多。目前，這種光伏電站規(guī)模還比較小，并網(wǎng)發(fā)電對電網(wǎng)造成的影響還比較小，當(dāng)大型光伏電站建設(shè)達(dá)到一定規(guī)模，勢必會對電網(wǎng)造成很大的困擾。，光伏發(fā)電是極不穩(wěn)定的，白天有，晚上沒有，即使白天也是極不穩(wěn)定的，因此，供電系統(tǒng)很難調(diào)度管理。大型光伏電站需要鋪設(shè)很多塊太陽能電池板，多塊太陽能電池板串聯(lián)后再經(jīng)匯流箱并聯(lián)匯流，然后輸入到多臺并聯(lián)的幾百千瓦甚至兆瓦級的逆變器，經(jīng)逆變器并網(wǎng)發(fā)電。很多塊太陽能電池板串并聯(lián)的缺點(diǎn)是整個太陽能電池陣列的輸出是以發(fā)電效果最差的那串太陽能電池為基準(zhǔn)的，太陽能電池陣列還受到所處環(huán)境的云層、建筑物陰影、灰塵、溫度、線路分布阻抗等的影響嚴(yán)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(diǎn)。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(shí)際最佳的最大功率點(diǎn)上，造成光伏電站發(fā)電效率不 聞，光伏電站投資效益不聞。附圖3的大型儲能電站是為了緩解供電調(diào)度問題而形成的。在電網(wǎng)負(fù)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(chǎn)生的電能經(jīng)逆變器并網(wǎng)發(fā)電，在電網(wǎng)負(fù)荷輕的時候，可以將電網(wǎng)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(diào)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(dāng)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(dāng)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(shè)備出現(xiàn)問題，將使儲能電站中大片設(shè)備停機(jī)待修，無法執(zhí)行電網(wǎng)調(diào)度指令，造成極大浪費(fèi)，投資收益降低。因此，有必要研究新的儲能逆變發(fā)電系統(tǒng)來解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需解決的技術(shù)問題是
(1)、解決光伏發(fā)電系統(tǒng)因太陽能電池的短板效應(yīng)而使太陽能利用率降低的問題；
(2)、解決現(xiàn)有儲能電站占用大量土地資源，維護(hù)成本高，效益低的問題；
(3)、解決現(xiàn)有光伏發(fā)電系統(tǒng)無電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)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(shù)問題，本發(fā)明電路所采取的技術(shù)方案是
提供一種電力分布式儲能裝置及其控制系統(tǒng)，包括一系統(tǒng)總控單元及一個或多個受總控單元控制的子系統(tǒng)；每個子系統(tǒng)分別包括一個或多個數(shù)量對應(yīng)設(shè)置的下列功能單元電力發(fā)電裝置，采用太陽能電池陣列或風(fēng)力發(fā)電機(jī)組或二者結(jié)合，與發(fā)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(lián)組成，與發(fā)電/儲能控制單元連接受該單元控制實(shí)現(xiàn)電能的存儲；發(fā)電/儲能控制單元，與系統(tǒng)總控單元通訊，接受系統(tǒng)總控單元命令實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)電能的轉(zhuǎn)換；所述電能的轉(zhuǎn)換包括電網(wǎng)與儲能單元之間雙向的電能變換、電力發(fā)電裝置向電網(wǎng)、電力發(fā)電裝置向交流負(fù)載、電力發(fā)電裝置向儲能單元、儲能單元向交流負(fù)載的電能轉(zhuǎn)換；并將儲能單元及自身的狀態(tài)信息發(fā)送給系統(tǒng)總控單元；逆變器單元，采用雙向逆變電路，與發(fā)電/儲能控制單元連接，受系統(tǒng)總控單元控制完成電網(wǎng)與儲能單元之間雙向的電能變換及電力發(fā)電裝置向電網(wǎng)、電力發(fā)電裝置向交流負(fù)載、儲能單元向交流負(fù)載的電能轉(zhuǎn)換的電能轉(zhuǎn)換；離網(wǎng)/并網(wǎng)控制單元，連接于逆變器單元與交流負(fù)載之間，受系統(tǒng)總控單元控制實(shí)現(xiàn)交流負(fù)載與電網(wǎng)的供用電切換。每個子系統(tǒng)可配置于一獨(dú)立建筑區(qū)域內(nèi)。進(jìn)一步的，所述系統(tǒng)總控單元與電網(wǎng)監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)通訊，受電網(wǎng)監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)調(diào)度協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)內(nèi)電能的走向。進(jìn)一步的，所述儲能單元內(nèi)部帶有電池管理系統(tǒng)(BMS);所述發(fā)電/儲能控制單元還與儲能單元的電池管理系統(tǒng)(BMS)通訊，實(shí)現(xiàn)儲能單元狀態(tài)監(jiān)控。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果在于
1)、本發(fā)明所述系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)多種富余電能的儲存利用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的調(diào)峰調(diào)谷的功能；其各模塊功能設(shè)計獨(dú)立、完善，各模塊功能相輔相成，應(yīng)用在大型儲能電站中，某個單元設(shè)備出現(xiàn)故障時，只與此設(shè)備直接相關(guān)的儲能及發(fā)電單元不能正常工作，不會對整個系統(tǒng)造成很大影響，維修及維護(hù)的工程和造價都比較?。?br> 2)、本發(fā)明所述系統(tǒng)中電力發(fā)電裝置、儲能單元、發(fā)電/儲能控制單元、逆變器單元等 關(guān)鍵組成部件可以分散布置在某個區(qū)域內(nèi)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(fā)電設(shè)備，節(jié)省資源；
3)、采用本發(fā)明所述系統(tǒng)可以取消現(xiàn)有太陽能發(fā)電逆變系統(tǒng)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(diǎn)跟蹤功能，而改由發(fā)電/儲能控制單元完成這些功能，可以最大限度保證各個電力發(fā)電裝置都工作在各自的最大功率點(diǎn)附近，提高電力
發(fā)電裝置發(fā)電效率。


圖I是現(xiàn)有技術(shù)中小型離網(wǎng)發(fā)電的光伏利用模式原理示意框 圖2是現(xiàn)有技術(shù)中大型光伏電站并網(wǎng)發(fā)電的光伏利用模式原理示意 圖3是現(xiàn)有技術(shù)中大型儲能電站的光伏利用模式示意 圖4是本發(fā)明所述電力分布式儲能裝置及其控制系統(tǒng)組成原理示意 圖5是本發(fā)明所述電力分布式儲能裝置及其控制系統(tǒng)另一實(shí)施例組成原理示意 圖6是本發(fā)明示意圖之二；
圖7是本發(fā)明示意圖之三；
圖8是本發(fā)明示意圖之四；
圖9是本發(fā)明示意圖之五；
圖10是本發(fā)明示意圖之六。
具體實(shí)施例方式為了便于本領(lǐng)域的技術(shù)人員理解，下面結(jié)合具體實(shí)施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。本發(fā)明電路所采取的技術(shù)方案是
一種電力分布式儲能裝置及其控制系統(tǒng)，包括一系統(tǒng)總控單元及一個或多個受總控單元控制的子系統(tǒng)。每個子系統(tǒng)分別包括一個或多個數(shù)量對應(yīng)設(shè)置的下列功能單元電力發(fā)電裝置，采用太陽能電池陣列或風(fēng)力發(fā)電機(jī)組或二者結(jié)合，與發(fā)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(lián)組成，與發(fā)電/儲能控制單元連接受該單元控制實(shí)現(xiàn)電能的存儲；發(fā)電/儲能控制單元，與系統(tǒng)總控單元通訊，接受系統(tǒng)總控單元命令實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)電能的轉(zhuǎn)換；所述電能的轉(zhuǎn)換包括電網(wǎng)與儲能單元之間雙向的電能變換、電力發(fā)電裝置向電網(wǎng)、電力發(fā)電裝置向交流負(fù)載、電力發(fā)電裝置向儲能單元、儲能單元向交流負(fù)載的電能轉(zhuǎn)換；并將儲能單元及自身的狀態(tài)信息發(fā)送給系統(tǒng)總控單元；逆變器單元，采用雙向逆變電路，與發(fā)電/儲能控制單元連接，受系統(tǒng)總控單元控制完成電網(wǎng)與儲能單元之間雙向的電能變換及電力發(fā)電裝置向電網(wǎng)、電力發(fā)電裝置向交流負(fù)載、儲能單元向交流負(fù)載的電能轉(zhuǎn)換的電能轉(zhuǎn)換；離網(wǎng)/并網(wǎng)控制單元，連接于逆變器單元與交流負(fù)載之間，受系統(tǒng)總控單元控制實(shí)現(xiàn)交流負(fù)載與電網(wǎng)的供用電切換。每個子系統(tǒng)可配置于一獨(dú)立建筑區(qū)域內(nèi)。進(jìn)一步的，所述系統(tǒng)總控單元與電網(wǎng)監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)通訊，受電網(wǎng)監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)調(diào)度協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)內(nèi)電能的走向。進(jìn)一步的，所述儲能單元內(nèi)部帶有電池管理系統(tǒng)(BMS);所述發(fā)電/儲能控制單元還與儲能單元的電池管理系統(tǒng)(BMS)通訊，實(shí)現(xiàn)儲能單元狀態(tài)監(jiān)控。
本發(fā)明的有益效果在于
1)、本發(fā)明所述系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)多種富余電能的儲存利用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的調(diào)峰調(diào)谷的功能；其各模塊功能設(shè)計獨(dú)立、完善，各模塊功能相輔相成，應(yīng)用在大型儲能電站中，某個單元設(shè)備出現(xiàn)故障時，只與此設(shè)備直接相關(guān)的儲能及發(fā)電單元不能正常工作，不會對整個系統(tǒng)造成很大影響，維修及維護(hù)的工程和造價都比較小；
2)、本發(fā)明所述系統(tǒng)中電力發(fā)電裝置、儲能單元、發(fā)電/儲能控制單元、逆變器單元等關(guān)鍵組成部件可以分散布置在某個區(qū)域內(nèi)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(fā)電設(shè)備，節(jié)省資源；
3)、采用本發(fā)明所述系統(tǒng)可以取消現(xiàn)有太陽能發(fā)電逆變系統(tǒng)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(diǎn)跟蹤功能，而改由發(fā)電/儲能控制單元完成這些功能，可以最大限度保證各個電力發(fā)電裝置都工作在各自的最大功率點(diǎn)附近，提高電力發(fā)電裝置發(fā)電效率。如圖4，該實(shí)施例所述電力分布式儲能裝置及其控制系統(tǒng)包括電力發(fā)電裝置A、發(fā)電/儲能控制單元、儲能單元C、逆變器單元B、離網(wǎng)/并網(wǎng)控制單元、系統(tǒng)總控單元、電網(wǎng)監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)。其應(yīng)用于大型儲能電站應(yīng)用系統(tǒng)中，所述的發(fā)電/儲能控制單元和電力發(fā)電裝置A、儲能單元C、交流電網(wǎng)、系統(tǒng)總控單元相連接，發(fā)電/儲能控制單元通過通訊線和儲能單元的電池管理系統(tǒng)(BMS)通訊，監(jiān)控儲能單元狀態(tài)，還通過通訊線和系統(tǒng)總控單元通訊，接收系統(tǒng)總控單元指令和向系統(tǒng)總控單元發(fā)送儲能單元、電力發(fā)電裝置的狀態(tài)信息。電力發(fā)電裝置I、儲能單元I、發(fā)電/儲能控制單元I被配置在區(qū)域一；電力發(fā)電裝置2、儲能單元
2、發(fā)電/儲能控制單元2被配置在區(qū)域二內(nèi)；電力發(fā)電裝置12、儲能單元12、發(fā)電/儲能控制單元12被配置在區(qū)域N內(nèi)，配置在區(qū)域一、二、"·Ν的發(fā)電/儲能控制單元1、2、…12的輸出并聯(lián)在一起，作為逆變器單元的輸入，逆變器單元和系統(tǒng)總控單元、交流電網(wǎng)以及離網(wǎng)/并網(wǎng)控制單元相連接。逆變器單元和離網(wǎng)/并網(wǎng)控制單元接收系統(tǒng)總控單元指令，在負(fù)載需要時，工作在向負(fù)載供電的離網(wǎng)模式，當(dāng)電力發(fā)電裝置可以發(fā)電且電網(wǎng)有調(diào)度需求時，工作在向電網(wǎng)發(fā)電的并網(wǎng)模式，在電力發(fā)電裝置發(fā)不出電的時候，發(fā)電/儲能控制單元1、2、一η可以接收系統(tǒng)總控單元指令，將電網(wǎng)電能經(jīng)整流和功率因數(shù)校正以及高頻變換后向儲能單元1、2、一η儲能，通過電網(wǎng)監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)的合理調(diào)度，可以實(shí)現(xiàn)對交流電網(wǎng)的調(diào)峰調(diào)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(fā)電/儲能控制單元中，使得電力發(fā)電裝置都按各自最大功率來發(fā)電，使整個電力發(fā)電裝置系統(tǒng)發(fā)電效率最大化。上述分布式儲能逆變系統(tǒng)至少有六種工作模式，下面將結(jié)合附圖4加以詳細(xì)說明。模式一電力發(fā)電裝置所發(fā)電能儲存模式。在電力發(fā)電裝置發(fā)電正常、儲能單元電量不足、電網(wǎng)監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)未發(fā)調(diào)度指令、交流負(fù)載不工作的條件下，電力發(fā)電裝置所發(fā)電能經(jīng)發(fā)電/儲能控制單元控制向儲能單元儲能，發(fā)電/儲能控制單元和儲能單元的BMS系統(tǒng)通訊，實(shí)時智能監(jiān)控儲能單元狀態(tài)，保證儲能安全可靠進(jìn)行。模式二 電網(wǎng)電能儲存模式。在電力發(fā)電裝置不能發(fā)電、儲能單元電量不足、且電網(wǎng)負(fù)荷不重的情況下，電網(wǎng)監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)發(fā)出指令，發(fā)電/儲能控制單元內(nèi)部充電控制模 塊開始工作，電網(wǎng)電能儲存在儲能單元中。模式三電力發(fā)電裝置所發(fā)電能既儲存同時又并網(wǎng)逆變發(fā)電的模式。在有新能源發(fā)電裝置發(fā)電正常、儲能單元電量不足、電網(wǎng)監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)有調(diào)度指令、交流負(fù)載不工作的條件下，電力發(fā)電裝置產(chǎn)生的電能經(jīng)發(fā)電/儲能控制單元控制向儲能單元儲能的同時，發(fā)電/儲能控制單元輸出穩(wěn)定直流電經(jīng)逆變器單元并網(wǎng)發(fā)電。
模式四電力發(fā)電裝置所發(fā)電能既儲存同時又離網(wǎng)逆變發(fā)電的模式。此模式和模式三不同的是逆變器單元不并網(wǎng)，只向區(qū)域內(nèi)的交流負(fù)載供電。模式五儲存的電能并網(wǎng)逆變發(fā)電的模式。在電力發(fā)電裝置不能發(fā)電、儲能單元電量充足、且電網(wǎng)負(fù)荷重的情況下，電網(wǎng)監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)發(fā)出指令，儲存的電能經(jīng)發(fā)電/儲能控制單元和逆變器單元并網(wǎng)發(fā)電。模式六儲存的電能離網(wǎng)逆變發(fā)電的模式。此模式和模式五不同的是逆變器單元不并網(wǎng)，只向區(qū)域內(nèi)的交流負(fù)載供電。分布式儲能逆變系統(tǒng)中分布在某個區(qū)域的電力發(fā)電裝置1，發(fā)電/儲能控制單元I、儲能單元I與分布在另一區(qū)域的電力發(fā)電裝置2、發(fā)電/儲能控制單元2、儲能單元2或者分布在其他區(qū)域的電力發(fā)電裝置η、發(fā)電/儲能控制單元η、儲能單元η何時工作在儲能狀態(tài)，何時工作在發(fā)電狀態(tài)，完全由系統(tǒng)總控單元根據(jù)采集的電力發(fā)電裝置、儲能單元、交流電網(wǎng)及其它設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)來決定。圖5為本發(fā)明所述系統(tǒng)另一實(shí)施例組成框圖。其比較適合應(yīng)用于小型電力發(fā)電系統(tǒng)。圖5所示實(shí)施例與圖4所示實(shí)施例不同的是，各個發(fā)電/儲能控制單元的直流輸不是并聯(lián)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(wǎng)/并網(wǎng)控制單元，然后離網(wǎng)或并網(wǎng)發(fā)電。一個電力發(fā)電裝置配置一個發(fā)電/儲能控制單元、一個儲能單元、一個逆變器單元、一個離網(wǎng)/并網(wǎng)控制單元，這些模塊為一組，配置在同一區(qū)域，其工作模式與原理與圖4所示實(shí)施例類似，在此不再贅述。 本發(fā)明中未具體描述的功能單元均可采用現(xiàn)有技術(shù)中的成熟功能模塊，在此不再贅述。 需要說明的是，上述實(shí)施方式僅為本發(fā)明較佳的實(shí)施方案，不能將其理解為對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，在未脫離本發(fā)明構(gòu)思前提下，對本發(fā)明所做的任何均等變化與修飾均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種電力分布式儲能裝置及其控制系統(tǒng)，其特征在于，包括一系統(tǒng)總控單元，及一個或多個數(shù)量對應(yīng)設(shè)置的下列功能單元 電力發(fā)電裝置，采用太陽能電池陣列或風(fēng)力發(fā)電機(jī)組或二者結(jié)合，與發(fā)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(lián)組成，與發(fā)電/儲能控制單元連接受該單元控制實(shí)現(xiàn)電能的存儲； 發(fā)電/儲能控制單元，與系統(tǒng)總控單元通訊，接受系統(tǒng)總控單元命令實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)電能的轉(zhuǎn)換；所述電能的轉(zhuǎn)換包括電網(wǎng)與儲能單元之間雙向的電能變換、電力發(fā)電裝置向電網(wǎng)、電力發(fā)電裝置向交流負(fù)載、電力發(fā)電裝置向儲能單元、儲能單元向交流負(fù)載的電能轉(zhuǎn)換；并將儲能單元及自身的狀態(tài)信息發(fā)送給系統(tǒng)總控單元； 逆變器單元，采用雙向逆變電路，與發(fā)電/儲能控制單元連接，受系統(tǒng)總控單元控制完成電網(wǎng)與儲能單元之間雙向的電能變換及電力發(fā)電裝置向電網(wǎng)、電力發(fā)電裝置向交流負(fù)載、儲能單元向交流負(fù)載的電能轉(zhuǎn)換的電能轉(zhuǎn)換； 離網(wǎng)/并網(wǎng)控制單元，連接于逆變器單元與交流負(fù)載之間，受系統(tǒng)總控單元控制實(shí)現(xiàn)交流負(fù)載與電網(wǎng)的供用電切換； 所述電力分布式儲能裝置還包括 一主電源PCB，所述主電源PCB用來容納所有的功率器件，包括兩個+5 V電源的數(shù)字和模擬電路；這些電源通過變壓器隔離，以消除接地環(huán)路；兩個電源供應(yīng)器線性拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和使用+5 V穩(wěn)壓器；信號調(diào)制器印刷電路板和柵極驅(qū)動器板被放置在主電路板上，包括所有的IGBT，續(xù)流二極管，濾波電容，dc-dc轉(zhuǎn)換器電感器；電流傳感電路被置于主板上，傳感器必須位于主電流路徑；此板被放置在所用的電壓傳感器的電壓分壓器，以保持高電壓和高電流信號遠(yuǎn)離信號調(diào)理板； 一柵極驅(qū)動器電路板；所述柵極驅(qū)動器電路板是I. 5 “XI. 5”電路板印刷的，用于驅(qū)動IGBT，每個柵極驅(qū)動器被放置在其對應(yīng)的主板上，這樣如果其中的一個有損壞就比較好維修； 一信號調(diào)節(jié)板；所述信號調(diào)節(jié)板用于信號調(diào)理板容納數(shù)字接口和模擬信號調(diào)理電路；它通過隔離模擬電路和3. 3-5V邏輯電平轉(zhuǎn)換器作為DSP板的緩沖區(qū)，DSP板通過類似的方法法連接信號板。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電力分布式儲能裝置及其控制系統(tǒng)，其特征在于，電力分布式儲能裝置還包括 數(shù)字信號處理器；所述數(shù)字信號處理器具有具有100 MHz的時鐘速度，內(nèi)置PLL，16個增強(qiáng)型PWM輸出，和2個8 -通道的12位ADC的特殊的DSP[2];從該DSP拆開的鎖相環(huán)(PLL)和增強(qiáng)型PWM模塊，組合設(shè)置大多數(shù)DSP ； 模擬信號調(diào)節(jié)器； 所述模擬信號調(diào)節(jié)器用于連通到DSP電路；接收的信號來自于DSP的ADC，0-3 V之間； 電路傳感器； 所述電路傳感器包括霍爾效應(yīng)電流傳感器及其外部電路能夠感應(yīng)±30 A電流和將其轉(zhuǎn)換成一個0-5 V隔離模擬量信號；形成一個簡單的分壓器電路，然后由ADC將所得到的信號轉(zhuǎn)換成一個0-3 V信號；電壓感受器； 所述電路傳感器包括設(shè)計包括共4個電壓測量，2個直流測量，和剩余的傳感器測得的交流電壓；隔離運(yùn)算放大器；通過DSP的所有電壓測量來指進(jìn)行電隔離；該運(yùn)算放大器是單位增益設(shè)備可以測量高達(dá)50 kHz的雙極性信號，假設(shè)在這種情況下，該設(shè)備將飽和[4];所有的運(yùn)算放大器，通過一個孤立的互補(bǔ)±15V直流供電DC轉(zhuǎn)換器；對于直流測量，隔離運(yùn)算放大器伴隨著適當(dāng)?shù)碾妷悍謮浩?，以?guī)模的預(yù)期水平下降電壓供ADC使用； 交流電壓則需要額外的電平移位電路，以確保該ADC從未被偏置到負(fù)的電壓電平；這是通過注入直流電壓到反相運(yùn)算放大器； 數(shù)字信號接口； 所述數(shù)字信號接口數(shù)字方面的設(shè)計包括DSP與柵極驅(qū)動電路，這部分的設(shè)計是相當(dāng)直接的，除了 TMS320F2808是3. 3 V CMOS兼容，柵極驅(qū)動器IC是+5 V的邏輯電平兼容；74LVX3245的邏輯電平轉(zhuǎn)換被用作兩種不相容的邏輯電平之間的緩沖區(qū)；還增加了額外的邏輯電路的安全問題而產(chǎn)生的可能性，即在相同的H-橋臂的兩個開關(guān)可能是同時導(dǎo)通，造成短路； 電子動力設(shè)備， 所述電子動力設(shè)備包括直流變換器，高壓橋逆變器，和其他附帶的磁性元件；直流電壓被選定為36 V，這需要三個12 V鉛酸電池串聯(lián)使用；降壓則用變壓器給出了 36 VRMS，這等同于一個36 V 2 VPK或約51 V.因此，直流變換器的目的是為適當(dāng)?shù)姆烹娔Ｊ讲僮魈岣唠姵氐碾妷弘娖礁哂?1 V ； 所述直流轉(zhuǎn)換器，所述直流轉(zhuǎn)換器用于將需要升壓到36 V至>51 V，并執(zhí)行在反向模式中的逆變；使用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)一個半橋轉(zhuǎn)換器與額外的濾波電路；解方程[5]中的降壓轉(zhuǎn)換器部分的設(shè)計步驟包括設(shè)計、對于一個降壓轉(zhuǎn)換器工作在連續(xù)的區(qū)域中的占空比連續(xù)不連續(xù)的邊界處電流由下式給出假設(shè)開關(guān)頻率被給定為50千赫，所需的電感值的時間是約36 μ H，從在這個方程，可以計算出中電容值，fc的標(biāo)志被選擇為約2個數(shù)量級的截止頻率，低于開關(guān)頻率，這就產(chǎn)生了需要為2700 μ F的電容低電壓側(cè)，僅依賴于在允許量的紋波的dc-dc轉(zhuǎn)換器的高電壓側(cè)的電壓輸出，設(shè)計簡潔，在2700 μ F值過大，使相同的部件可以使用。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電力分布式儲能裝置及其控制系統(tǒng)，其特征在于，控制系統(tǒng)還包括 放電模式控制，所述放電模式控制，是同時控制系統(tǒng)操作的兩個獨(dú)立的算法；該升壓轉(zhuǎn)換器利用了 PI控制器來調(diào)節(jié)到所希望增加的電壓；Η橋逆變器使用滯后控制技術(shù)，調(diào)節(jié)電壓使電流進(jìn)入電網(wǎng)；每當(dāng)電池組串聯(lián)，DSP檢測電池組電壓大于32V的時候，PI控制器會初始化；每當(dāng)升壓電壓達(dá)到54V的時候，滯后控制系統(tǒng)就會啟動，這樣的設(shè)計是為了保證機(jī)器正常的運(yùn)轉(zhuǎn)，只到手動斷開電池組和電網(wǎng)的連接才會停止； 信號調(diào)節(jié)控制； 所述信號調(diào)節(jié)控制，信號調(diào)理塊是放電模式的第一主要子系統(tǒng)，每個ADC的輸出和重建的再現(xiàn)實(shí)際電壓或電流與信號調(diào)理塊改變前是對應(yīng)的；信號調(diào)節(jié)首先將16位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成32位的數(shù)據(jù)，以便它可以包含負(fù)值；這些轉(zhuǎn)變是為V4和12實(shí)施的，這些值代表交流數(shù)據(jù)，而且允許中途歸零；被放大成真實(shí)的振幅之前，該數(shù)據(jù)用一個固定點(diǎn)來表示；一個無限脈沖響應(yīng)濾波器(IIR)，用于電壓信號去噪，但電流信號12不這樣做的；這是該電流的頻率是多變的，所以濾波器的3分貝頻率將必須是相當(dāng)大，從而達(dá)到降噪效果； 現(xiàn)在ADC輸出的數(shù)據(jù)信號就是真實(shí)的信號，用于后續(xù)模塊控制系統(tǒng)； 信號調(diào)節(jié)PI控制； 所述信號調(diào)節(jié)PI控制；該升壓轉(zhuǎn)換器的輸出電壓是58V ;實(shí)際的電壓從基準(zhǔn)中減去，以產(chǎn)生一個誤差信號，該信號是通過控制系統(tǒng)傳播的；增益3標(biāo)記為比例項(xiàng)(P)和被選擇為具有增益值的O. Ol ;標(biāo)記塊的離散時間積分器和增益4代表綜合項(xiàng)(I)，其具有的增益的值2P和I項(xiàng)然后加在一起調(diào)節(jié)，然后被發(fā)送用于ePWM模塊；調(diào)節(jié)控制器將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成16位數(shù)據(jù)，同時飽和塊限制脈沖寬度的范圍^ePWM塊接受值從O到100的數(shù)值，并作為對用輸出值得百分比；此控制允許被保持為一個恒定的升壓電壓裝載轉(zhuǎn)換器的交流電流輸出；；滯后現(xiàn)象控制； 所述滯后現(xiàn)象控制以電網(wǎng)電壓進(jìn)行取樣和作為參考信號，以使輸出電流將與電網(wǎng)電壓同相；這是防止鎖相的需要，同時簡化了控制和電路系統(tǒng)；參考頻帶上限為參考信號加一，下限是參考減一；當(dāng)輸入電流小于參考值-I時，正極開關(guān)(S3，S6)打開，系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)；同理，當(dāng)輸入電流大于參考值+1時，負(fù)極開關(guān)(S4，S5)打開；直到以下滿足條件，子系統(tǒng)的開關(guān)才會開啟；第一個條件是觸發(fā)滯后系統(tǒng)； 當(dāng)升壓轉(zhuǎn)換器的輸出超過54 V;第二個條件是在無控制作用區(qū)為系統(tǒng)時；這樣可以防止參考信號是在+ / - O. 3，振幅為零時候一些開關(guān)啟動； 充電模式控制； 所述充電模式控制；這里選擇涓流充電方式為電池充電； 這既不是一個先進(jìn)的，也不過于期望的方法，但它是很容易實(shí)現(xiàn)充電； 主要的重點(diǎn)項(xiàng)目一直在放電模式，事實(shí)上，電池充電器都是現(xiàn)成的，而實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化等效放電模式是那樣不平凡； 涓流充電控制； 所述涓流充電控制是通過輸出恒定的占空比信號來控制流入電池的電流的量，當(dāng)系統(tǒng)和電網(wǎng)連接的時候，DSP會感應(yīng)到不小于40 V的來自整流器的電壓，這樣50Khzl0%占空比的電流會慢慢進(jìn)入電池組，這就是涓流充電模式，只有斷開電池與電網(wǎng)的連接才可以停止充電。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電力分布式儲能裝置及其控制系統(tǒng)，其特征在于，所述儲能單元內(nèi)部帶有電池管理系統(tǒng)(BMS)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電力分布式儲能裝置及其控制系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)電/儲能控制單元還與儲能單元的電池管理系統(tǒng)(BMS)通訊，實(shí)現(xiàn)儲能單元狀態(tài)監(jiān)控。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電力分布式儲能裝置及其控制系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)以對應(yīng)設(shè)置的一組電力發(fā)電裝置、儲能單元、發(fā)電/儲能控制單元、逆變器單元、離網(wǎng)/并網(wǎng)控制單元以及交流負(fù)載為子系統(tǒng)，每個子系統(tǒng)配置于一獨(dú)立建筑區(qū)域內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電力分布式儲能裝置及其控制系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)總控單元與電網(wǎng)監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)通訊，受電網(wǎng)監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)調(diào)度協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)內(nèi)電能的走向。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電力分布式儲能裝置及其控制系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)電/儲能控制單元還 與儲能單元的電池管理系統(tǒng)(BMS)通訊，實(shí)現(xiàn)儲能單元狀態(tài)監(jiān)控。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電力分布式儲能裝置及其控制系統(tǒng)，包括一系統(tǒng)總控單元，及一個或多個數(shù)量對應(yīng)設(shè)置的下列功能單元電力發(fā)電裝置，儲能單元，發(fā)電／儲能控制單元，逆變器單元，離網(wǎng)／并網(wǎng)控制單元，所述電力分布式儲能裝置還包括一主電源PCB，包括兩個+5V電源的數(shù)字和模擬電路；信號調(diào)制器印刷電路板和柵極驅(qū)動器板被放置在主電路板上，包括所有的IGBT，續(xù)流二極管，濾波電容，一柵極驅(qū)動器電路板；一信號調(diào)節(jié)板；解決光伏發(fā)電系統(tǒng)因太陽能電池的短板效應(yīng)而使太陽能利用率降低、現(xiàn)有儲能電站占用大量土地資源，維護(hù)成本高，效益低的問題。
文檔編號H02J15/00GK102931672SQ201210400298
公開日2013年2月13日 申請日期2012年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月21日
發(fā)明者蔣志祥 申請人:深圳市思特克電子技術(shù)開發(fā)有限公司