一種微網(wǎng)新能源混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種微網(wǎng)新能源混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，包括新能源發(fā)電子系統(tǒng)、儲(chǔ)能載體子系統(tǒng)、變流器子系統(tǒng)、高低壓配電子系統(tǒng)、后臺(tái)監(jiān)控子系統(tǒng)。本發(fā)明通過(guò)BMS進(jìn)行電池均衡，避免因電壓、容量等參數(shù)不均一造成的短板效應(yīng)，并且避免引起電池組性能惡性循環(huán)，而導(dǎo)致整組容量下降、電池壽命縮短；同時(shí)通過(guò)熱管理系統(tǒng)對(duì)空調(diào)設(shè)備制冷模式進(jìn)行科學(xué)控制，使蓄電池在工作過(guò)程中保持適當(dāng)、均一、穩(wěn)定的環(huán)境溫度；從而延長(zhǎng)了蓄電池的使用壽命，有效降低運(yùn)行成本。本發(fā)明采用集裝箱模塊化儲(chǔ)能方案，可以設(shè)計(jì)為小型臨時(shí)發(fā)電系統(tǒng)，建設(shè)投入相對(duì)較小。使用方便，緊急情況下，可隨時(shí)運(yùn)輸?shù)揭巴獾炔涣紬l件環(huán)境中，進(jìn)行發(fā)電供電；能夠集中建設(shè)為大型儲(chǔ)能電站，且擴(kuò)容方便。
【專利說(shuō)明】一種微網(wǎng)新能源混合儲(chǔ)能系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種微網(wǎng)新能源混合儲(chǔ)能系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前的新能源儲(chǔ)能系統(tǒng)主要存在以下問(wèn)題:
1.長(zhǎng)期以來(lái)，儲(chǔ)能載體是新能源發(fā)電系統(tǒng)發(fā)展的技術(shù)瓶頸，儲(chǔ)能電池是迄今為止最理想的儲(chǔ)能載體之一，儲(chǔ)能電池因使用溫度不穩(wěn)定、電池組中單體充放電不均一等緣故導(dǎo)致壽命縮短，增加了運(yùn)行成本；
2.儲(chǔ)能電池在使用過(guò)程中，不能從電池組串中及時(shí)識(shí)別不良電池，導(dǎo)致整個(gè)電池組不能發(fā)揮應(yīng)有效能，造成更大的浪費(fèi)；
3.光伏組件在不同光照與溫度下，光伏組件不能最大發(fā)揮其發(fā)電效能，以及因遮擋等引起的短板效應(yīng)等因素造成不必要的損失；
4.常規(guī)系統(tǒng)的儲(chǔ)能電池通過(guò)多組并聯(lián)后接到變流器子系統(tǒng)，容易引起電池組之間產(chǎn)生環(huán)流，使各電池組性能發(fā)生偏差，導(dǎo)致惡性循環(huán)。
[0003]5.一般的大型新能源發(fā)電系統(tǒng)中，需建設(shè)機(jī)房等基礎(chǔ)設(shè)施，耗資巨大，且一旦落成，擴(kuò)容困難，另外儲(chǔ)能載體單一，不能具備同時(shí)作為電機(jī)大功率啟動(dòng)電源與后備電源的多種功效。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種微網(wǎng)新能源混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，該系統(tǒng)能通過(guò)對(duì)儲(chǔ)能載體進(jìn)行電壓、容量與溫度的均衡及管理，延長(zhǎng)儲(chǔ)能模塊的使用壽命，提高產(chǎn)能效率，提高系統(tǒng)的帶載能力，通過(guò)后臺(tái)監(jiān)控設(shè)定系統(tǒng)運(yùn)行策略，抑制發(fā)電各環(huán)節(jié)中的能量損耗與浪費(fèi)。為此，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種微網(wǎng)新能源混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，特征在于:包括新能源發(fā)電子系統(tǒng)、儲(chǔ)能載體子系統(tǒng)、變流器子系統(tǒng)、高低壓配電子系統(tǒng)、后臺(tái)監(jiān)控子系統(tǒng)；
所述微網(wǎng)又稱微電網(wǎng)，區(qū)別于傳統(tǒng)的大電網(wǎng)，是由分布式電源組成的微型電網(wǎng)，新能源混合儲(chǔ)能系統(tǒng)適合應(yīng)用于微網(wǎng)；所述新能源發(fā)電子系統(tǒng)包括光伏發(fā)電設(shè)備或者還設(shè)有風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，光伏發(fā)電設(shè)備和風(fēng)力發(fā)電設(shè)備可同時(shí)或分別發(fā)電，其中的光伏發(fā)電設(shè)備所發(fā)之電通過(guò)防雷匯流箱進(jìn)行匯流輸出；當(dāng)同時(shí)有光伏發(fā)電設(shè)備和風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電時(shí)，所述子系統(tǒng)又稱為風(fēng)光互補(bǔ)形式的新能源發(fā)電子系統(tǒng)；
儲(chǔ)能載體子系統(tǒng)中的儲(chǔ)能載體包括儲(chǔ)能電池，儲(chǔ)能載體子系統(tǒng)配有電池管理系統(tǒng)(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM，BMS)，進(jìn)行電池均衡、電池荷電狀態(tài)(State of Charge,S0C)、電池健康狀態(tài)(State of Health, SOH)管理；
所述變流器子系統(tǒng)中設(shè)有對(duì)應(yīng)光伏發(fā)電設(shè)備的直流/直流(DC/DC)變換裝置，將電壓波動(dòng)的新能源發(fā)電轉(zhuǎn)換為電壓穩(wěn)定的電能輸出；當(dāng)設(shè)有風(fēng)力發(fā)電設(shè)備時(shí)，所述變流器子系統(tǒng)中設(shè)有控制和逆變裝置，風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的能量輸出通過(guò)控制逆變裝置轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的交流輸出，輸出的能量直接供負(fù)載使用或通過(guò)交流母線為儲(chǔ)能載體子系統(tǒng)充電；所述控制和逆變裝置可采用控制和逆變一體機(jī)或控制器與逆變器兩部分。所述控制器可實(shí)現(xiàn)將不穩(wěn)定的風(fēng)力發(fā)電轉(zhuǎn)換為電壓穩(wěn)定的電能輸出，逆變器則將直流電能轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的交流輸出。
[0005]所述變流器子系統(tǒng)還設(shè)有對(duì)應(yīng)儲(chǔ)能載體子系統(tǒng)中的儲(chǔ)能電池的直流/直流(DC/DC)變換裝置，將發(fā)電子系統(tǒng)所發(fā)之電回充給儲(chǔ)能載體子系統(tǒng)中的儲(chǔ)能電池以及供所述儲(chǔ)能電池放電；所述變流器子系統(tǒng)還設(shè)有直流/交流(DC/AC)變換裝置，實(shí)現(xiàn)經(jīng)所述直流/直流(DC/DC)變換裝置輸出的電能與電網(wǎng)或負(fù)載的能量流動(dòng)轉(zhuǎn)換；
所述直流/直流(DC/DC)變換裝置可以是采用脈寬調(diào)制技術(shù)控制與穩(wěn)定輸出的變換裝置，確保電網(wǎng)電壓跌落3秒內(nèi)交流側(cè)輸出不超過(guò)額定值，從而保證系統(tǒng)在電網(wǎng)短時(shí)電壓跌落時(shí)不停止工作。在電網(wǎng)電壓跌落不超過(guò)80%的工況下，通過(guò)直流/直流(DC/DC)的脈寬調(diào)制技術(shù)，提高變流器子系統(tǒng)的響應(yīng)速度，同時(shí)確保逆變交流側(cè)輸出不超過(guò)額定值，實(shí)現(xiàn)低電壓穿越。
[0006]所述高低壓配電子系統(tǒng)，通過(guò)隔離變壓器變壓，與電網(wǎng)380V側(cè)實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)，根據(jù)《儲(chǔ)能系統(tǒng)接入配電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》，若系統(tǒng)新能源容量超出200kW，可通過(guò)升壓變壓器進(jìn)行升壓，與電網(wǎng)IOkV側(cè)進(jìn)行并網(wǎng)，設(shè)計(jì)安裝逆功率保護(hù)裝置，防止剩余電量向電網(wǎng)倒送，確保市電的電能質(zhì)量。
[0007]進(jìn)一步地，儲(chǔ)能載體子系統(tǒng)采用儲(chǔ)能電池與超級(jí)電容搭配，相互配合，在負(fù)載電機(jī)需要大功率啟動(dòng)時(shí)，由超級(jí)電容和儲(chǔ)能電池提供能量；在日常低功率負(fù)載的用電或后備電，由儲(chǔ)能電池提供，同時(shí)，儲(chǔ)能載體也可選用飛輪等儲(chǔ)能形式的任意一種或多種作為補(bǔ)充，儲(chǔ)能載體采用儲(chǔ)能電池的情況下，配備有BMS電池管理系統(tǒng)，使電池單體均衡運(yùn)行，能大大提高模塊使用壽命，有效降低系統(tǒng)成本，儲(chǔ)能電池可以是鉛酸蓄電池、鉛炭蓄電池或鋰電池
坐寸o
[0008]進(jìn)一步地，電池管理系統(tǒng)模塊依據(jù)儲(chǔ)能載體子系統(tǒng)的成組配置，設(shè)有電池組檢測(cè)控制柜單元(B⑶)，以及在每個(gè)電池組，分別設(shè)有若干個(gè)電池檢測(cè)模塊單元(BMU)，每個(gè)電池檢測(cè)模塊單元對(duì)應(yīng)十幾個(gè)單體電池進(jìn)行電壓、內(nèi)阻、溫度等數(shù)據(jù)采集監(jiān)控，并能夠控制電池組的外接電源,對(duì)低電壓?jiǎn)误w電池進(jìn)行補(bǔ)充電,實(shí)現(xiàn)對(duì)單體電池電壓的主動(dòng)均衡。
[0009]進(jìn)一步地，變流器子系統(tǒng)的直流/直流(DC/DC)變換裝置采用多通道設(shè)計(jì)，儲(chǔ)能載體的能量輸出先經(jīng)過(guò)直流/直流(DC/DC)變換裝置在變流器子系統(tǒng)內(nèi)部的直流母線匯集，再通過(guò)直流/交流(DC/AC)變換裝置變換，這種設(shè)計(jì)能夠防止儲(chǔ)能載體各模塊間出現(xiàn)環(huán)流；延長(zhǎng)儲(chǔ)能載體使用壽命，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。變流器子系統(tǒng)配有最大功率跟蹤裝置(Maximum Power Point Tracking,MPPT),通過(guò)直流/直流(DC/DC)變換裝置對(duì)光伏發(fā)電輸出進(jìn)行調(diào)節(jié)，最大程度發(fā)揮光伏組件的發(fā)電能效；另一方面，通過(guò)新能源發(fā)電子系統(tǒng)為儲(chǔ)能載體充電時(shí)，能量先通過(guò)變流器子系統(tǒng)內(nèi)部的直流母線，再由儲(chǔ)能載體子系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的DC/DC變換，即完成能量的轉(zhuǎn)移，減少通過(guò)直流/交流(DC/AC)變換增加的能量損耗。
[0010]所述最大功率跟蹤系統(tǒng)(MPPT)由后臺(tái)監(jiān)控子系統(tǒng)控制，所述最大功率跟蹤系統(tǒng)(MPPT)根據(jù)后臺(tái)監(jiān)控子系統(tǒng)對(duì)最大功率跟蹤系統(tǒng)(MPPT)的指令，通過(guò)直流/直流(DC/DC)變換裝置對(duì)光伏發(fā)電輸出進(jìn)行調(diào)節(jié)，達(dá)到系統(tǒng)輸出最大功率的目標(biāo)。
[0011]進(jìn)一步地，新能源發(fā)電子系統(tǒng)、儲(chǔ)能載體子系統(tǒng)、變流器子系統(tǒng)、高低壓配電子系統(tǒng)與后臺(tái)監(jiān)控子系統(tǒng)進(jìn)行通訊，通過(guò)后臺(tái)監(jiān)控子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)上述設(shè)備的遠(yuǎn)程操作。針對(duì)系統(tǒng)負(fù)載、備電時(shí)間、氣候條件等因素進(jìn)行設(shè)計(jì)，使幾個(gè)子系統(tǒng)間的參數(shù)匹配合理，使整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)良好；針對(duì)峰谷電時(shí)間段設(shè)定系統(tǒng)儲(chǔ)能載體的充放電策略，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守，按設(shè)定程序自動(dòng)運(yùn)行。
[0012]進(jìn)一步地，儲(chǔ)能載體子系統(tǒng)配有分散在不同位置的多個(gè)溫度感應(yīng)裝置和熱管理系統(tǒng)以及空調(diào)設(shè)備，所述空調(diào)設(shè)備在不同位置設(shè)有多個(gè)出風(fēng)口，所有儲(chǔ)能電池都對(duì)應(yīng)有出風(fēng)口，所述熱管理系統(tǒng)控制空調(diào)設(shè)備的工作，使空調(diào)設(shè)備的出風(fēng)口對(duì)集裝箱內(nèi)高溫區(qū)域的儲(chǔ)能電池進(jìn)行針對(duì)性的出風(fēng)降溫，使空調(diào)制冷有效到達(dá)儲(chǔ)能載體子系統(tǒng)中每一個(gè)區(qū)域的電池，即使在惡劣的氣候條件下，電池也能夠保持在15°C至25°C的合適溫度下運(yùn)行，確保各電池單體間最大溫差低于10°C，這種有針對(duì)性的溫度控制，能有效減少儲(chǔ)能載體子系統(tǒng)在溫度調(diào)節(jié)的投入，并對(duì)儲(chǔ)能載體子系統(tǒng)中蓄電池的使用壽命提供了有力保障，從而降低系統(tǒng)運(yùn)行成本。
[0013]本發(fā)明可采用模塊化設(shè)計(jì)，各子系統(tǒng)分別在一個(gè)或若干個(gè)集裝箱中建設(shè)，能夠使儲(chǔ)能控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)式管理運(yùn)行，方便臨時(shí)供電與擴(kuò)容，減少因遠(yuǎn)距離輸電造成的電纜消耗，以及廠房等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。
[0014]由于采用本發(fā)明的技術(shù)方案:本發(fā)明具有以下技術(shù)效果:
1.通過(guò)BMS進(jìn)行電池均衡，避免因電壓、容量等參數(shù)不均一造成的短板效應(yīng)，并且避免引起電池組性能惡性循環(huán)，而導(dǎo)致整組容量下降、電池壽命縮短；同時(shí)通過(guò)熱管理系統(tǒng)對(duì)空調(diào)設(shè)備制冷模式進(jìn)行科學(xué)控制，使蓄電池在工作過(guò)程中保持適當(dāng)、均一、穩(wěn)定的環(huán)境溫度；從而延長(zhǎng)了蓄電池的使用壽命，有效降低運(yùn)行成本。
[0015]2.通過(guò)光伏發(fā)電MPPT最大功率點(diǎn)跟蹤控制，使光伏組件實(shí)時(shí)輸出最大功率，使其發(fā)揮最大效率。
[0016]3.變流器子系統(tǒng)的直流/直流(DC/DC)變換裝置采用多通道設(shè)計(jì)，既方便了不同電壓等級(jí)的新能源發(fā)電及儲(chǔ)能載體子系統(tǒng)等多個(gè)支路通過(guò)變換為相同的直流電壓，并聯(lián)到直流母線，也避免了各儲(chǔ)能載體各模塊之間的出現(xiàn)環(huán)流。
[0017]4.采用集裝箱模塊化儲(chǔ)能方案，既可以設(shè)計(jì)為小型臨時(shí)發(fā)電系統(tǒng)，建設(shè)投入相對(duì)較小。使用方便，緊急情況下，可隨時(shí)運(yùn)輸?shù)揭巴獾炔涣紬l件環(huán)境中，進(jìn)行發(fā)電供電；又能夠集中建設(shè)為大型儲(chǔ)能電站，且擴(kuò)容方便。
[0018]5.能夠削峰填谷，充分合理利用電網(wǎng)能量。通過(guò)儲(chǔ)能電池與超級(jí)電容的多種載體混合儲(chǔ)能，能夠同時(shí)適用于功率型與能量型負(fù)載，提高系統(tǒng)供電適用范圍。
[0019]6.本發(fā)明可通過(guò)信號(hào)采集，實(shí)時(shí)監(jiān)控，與上位機(jī)通訊，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作。并能夠通過(guò)運(yùn)行策略編制，使系統(tǒng)的發(fā)電、儲(chǔ)能等環(huán)節(jié)按既定程序自動(dòng)完成，并對(duì)系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為本發(fā)明系統(tǒng)的總拓?fù)鋱D；
圖2為集裝箱儲(chǔ)能模塊示意圖；
圖3為出風(fēng)口和電池布置設(shè)計(jì)俯視圖；
圖4為本發(fā)明后臺(tái)監(jiān)控子系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖；
圖5為本發(fā)明系統(tǒng)充放電控制策略流程圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0021]本發(fā)明所提供的微網(wǎng)新能源儲(chǔ)能控制系統(tǒng)，特征在于:包括新能源發(fā)電子系統(tǒng)、儲(chǔ)能載體子系統(tǒng)、變流子系統(tǒng)、高低壓配電子系統(tǒng)、后臺(tái)監(jiān)控子系統(tǒng)；
新能源發(fā)電子系統(tǒng)包括光伏發(fā)電設(shè)備和風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，光伏發(fā)電設(shè)備和風(fēng)力發(fā)電設(shè)備可同時(shí)或分別發(fā)電，其中的光伏發(fā)電設(shè)備所發(fā)之電通過(guò)防雷匯流箱進(jìn)行匯流輸出；光伏發(fā)電設(shè)備安裝中加裝有旁路二極管，當(dāng)有遮蓋物對(duì)光伏發(fā)電產(chǎn)生影響時(shí)，將遮擋部分組件旁路，防止因熱斑效應(yīng)對(duì)組件造成損害。另外，本發(fā)明還可通過(guò)小型氣象站對(duì)在線溫度、風(fēng)速等天氣參數(shù)的檢測(cè)，為系統(tǒng)后臺(tái)監(jiān)控的發(fā)電調(diào)節(jié)與數(shù)據(jù)分析提供便利，結(jié)合防雷匯流箱的支路電流等監(jiān)測(cè)記錄，能夠有效進(jìn)行節(jié)能減排，新能源發(fā)電的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。
[0022]儲(chǔ)能載體子系統(tǒng)中的儲(chǔ)能載體采用儲(chǔ)能電池與超級(jí)電容相互配合,儲(chǔ)能電池可以是鉛酸蓄電池、鉛炭蓄電池和鋰電池等，在負(fù)載電機(jī)需要大功率啟動(dòng)時(shí)，由超級(jí)電容或鉛炭電池提供能量；在日常低功率負(fù)載的用電或后備電，由儲(chǔ)能電池提供，而鉛炭電池兼具鉛酸電池與超級(jí)電容的優(yōu)勢(shì)，能夠在多種工況下發(fā)揮作用，同時(shí)，儲(chǔ)能載體也可選用飛輪等儲(chǔ)能形式的任意一種或多種作為補(bǔ)充，儲(chǔ)能載體子系統(tǒng)中，為儲(chǔ)能電池配備有電池管理系統(tǒng)BMS ;電池管理系統(tǒng)BMS通過(guò)對(duì)儲(chǔ)能電池的單體電壓、溫度等參數(shù)進(jìn)行在線檢測(cè)。能夠通過(guò)比較相鄰電池單體的電壓高低，并使高電壓電池單體對(duì)低電壓?jiǎn)误w進(jìn)行電量補(bǔ)償；也可以采用外接電源對(duì)低電壓電池直接補(bǔ)充電的方式進(jìn)行主動(dòng)均衡，確保儲(chǔ)能載體子系統(tǒng)中的電池組中每個(gè)單體的工作電壓保持一致，從而防止因電池組內(nèi)個(gè)別單體電壓差異過(guò)大對(duì)電池組運(yùn)行效率及使用壽命產(chǎn)生影響。每個(gè)電池組中電池的電壓、內(nèi)阻、溫度等參數(shù)通過(guò)BMU(電池檢測(cè)模塊單元)對(duì)多個(gè)電池進(jìn)行分路檢測(cè)獲得，將數(shù)據(jù)匯總到B⑶(電池組檢測(cè)控制柜單元)，若單體電壓或SOC、SOH數(shù)值超出設(shè)定門限，會(huì)由BCU發(fā)出告警訊息，通過(guò)維護(hù)保持儲(chǔ)能電池良好的工作狀態(tài)。
[0023]變流器子系統(tǒng)，通過(guò)直流/直流(DC/DC)變換裝置的變換，將間斷性、不穩(wěn)定的光伏發(fā)電轉(zhuǎn)換為電壓穩(wěn)定的直流輸出；同時(shí)，由于在一定的光照強(qiáng)度和環(huán)境溫度下，光伏組件的輸出電壓不同，但只有在某一輸出電壓值時(shí)，光伏組件輸出功率才能達(dá)到最大值，稱之為最大功率點(diǎn)。變流器子系統(tǒng)中對(duì)光伏發(fā)電設(shè)備配有最大功率跟蹤系統(tǒng)MPPT，所述最大功率跟蹤系統(tǒng)(MPPT)由后臺(tái)監(jiān)控子系統(tǒng)控制，所述最大功率跟蹤系統(tǒng)(MPPT)根據(jù)后臺(tái)監(jiān)控子系統(tǒng)對(duì)最大功率跟蹤系統(tǒng)(MPPT)的指令，通過(guò)直流/直流(DC/DC)變換裝置對(duì)光伏發(fā)電輸出端口電源進(jìn)行調(diào)節(jié)，能夠最大程度發(fā)揮光伏組件的發(fā)電能效，達(dá)到系統(tǒng)輸出最大功率的目標(biāo)。因此，采用MPPT最大能效追蹤裝置，克服了以往光伏組件低功率輸出的問(wèn)題。變流器子系統(tǒng)的直流/直流(DC/DC)部分采用多通道設(shè)計(jì)，儲(chǔ)能載體的能量輸出經(jīng)直流/直流(DC/DC)變換裝置先在變流器子系統(tǒng)內(nèi)部的直流母線匯集，再通過(guò)直流/交流(DC/AC)變換裝置變換。
[0024]所述變流器子系統(tǒng)中設(shè)有控制逆變一體機(jī)，風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的能量輸出通過(guò)控制逆變一體機(jī)轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的交流輸出，輸出的能量直接供負(fù)載使用或通過(guò)交流母線為儲(chǔ)能載體子系統(tǒng)充電，其路徑為通過(guò)交流母線、隔離變壓器到直流母線，然后在經(jīng)直流/直流(DC/DC)變換裝置回充儲(chǔ)能載體。
[0025]光伏發(fā)電設(shè)備所輸出的能量為儲(chǔ)能載體充電時(shí)，能量先通過(guò)變流器子系統(tǒng)內(nèi)部的直流母線，再由儲(chǔ)能載體子系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的DC/DC變換裝置變換，完成能量的轉(zhuǎn)移。在放電過(guò)程中，將電池的直流輸出提供給直流/交流(DC/AC)環(huán)節(jié)，在直流/交流(DC/AC)環(huán)節(jié)，采用雙向逆變技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電設(shè)備與電網(wǎng)或負(fù)載的能量流動(dòng)轉(zhuǎn)換。在電網(wǎng)電壓跌落不超過(guò)80%的工況下，通過(guò)直流/直流(DC/DC)的脈寬調(diào)制技術(shù)，提高變流器子系統(tǒng)的響應(yīng)速度，同時(shí)確保電網(wǎng)電壓跌落3秒內(nèi)交流側(cè)輸出不超過(guò)額定值，實(shí)現(xiàn)低電壓穿越。另外在離網(wǎng)條件下，也能夠啟動(dòng)孤島運(yùn)行模式，實(shí)現(xiàn)偏遠(yuǎn)地區(qū)的供電。
[0026]直流/直流(DC/DC)變換裝置的脈沖寬度調(diào)制是一種模擬控制方式，其根據(jù)相應(yīng)載荷的變化來(lái)調(diào)制晶體管基極或Mos管柵極的偏置，來(lái)實(shí)現(xiàn)晶體管或MOS管導(dǎo)通時(shí)間的改變，從而實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源輸出的改變，等效獲得所需要的波形(含形狀和幅值)。
[0027]本發(fā)明各子系統(tǒng)分別在一個(gè)或若干個(gè)集裝箱中建設(shè)，能夠使微網(wǎng)新能源混合儲(chǔ)能儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)式管理運(yùn)行，方便臨時(shí)供電與擴(kuò)容，減少因遠(yuǎn)距離輸電造成的電纜消耗，以及廠房等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。在集裝箱模塊中，既有部分儲(chǔ)能載體的配置，也有對(duì)應(yīng)的電池管理設(shè)備，以及熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)。(如圖2)
儲(chǔ)能載體子系統(tǒng)配有分散在不同位置的多個(gè)溫度感應(yīng)裝置和熱管理系統(tǒng)以及空調(diào)設(shè)備，所述空調(diào)設(shè)備在不同位置設(shè)有多個(gè)出風(fēng)口，如圖3，方框內(nèi)為20尺集裝箱內(nèi)部，標(biāo)號(hào)1-14所示為儲(chǔ)能電池部分，集裝箱兩側(cè)儲(chǔ)能電池以外的折線箭頭所示即為熱管理系統(tǒng)風(fēng)道及出風(fēng)口設(shè)計(jì)，所述熱管理系統(tǒng)根據(jù)溫度感應(yīng)裝置獲得的儲(chǔ)能電池溫度參數(shù)，控制空調(diào)設(shè)備的工作，使空調(diào)設(shè)備的對(duì)應(yīng)集裝箱內(nèi)高溫區(qū)域的儲(chǔ)能電池進(jìn)行針對(duì)性的出風(fēng)降溫，對(duì)儲(chǔ)能電池進(jìn)行溫度均衡(如圖3)。空調(diào)制冷有效到達(dá)儲(chǔ)能模塊中每一個(gè)區(qū)域的電池，即使在惡劣的氣候條件下，電池也能夠保持在15°C _25°C的合適溫度下運(yùn)行，確保各單體間最大溫差低于10°C，這種有針對(duì)性的溫度控制，能有效減少儲(chǔ)能載體子系統(tǒng)在溫度調(diào)節(jié)的投入，并對(duì)儲(chǔ)能電池的使用壽命提供了有力保障，從而降低系統(tǒng)運(yùn)行成本。儲(chǔ)能載體子系統(tǒng)的BMS的相關(guān)設(shè)備、變流器子系統(tǒng)通過(guò)交換機(jī)和以太網(wǎng)與后臺(tái)監(jiān)控子系統(tǒng)中的一臺(tái)或多臺(tái)監(jiān)控服務(wù)器進(jìn)行通訊，監(jiān)控服務(wù)器實(shí)現(xiàn)對(duì)上述設(shè)備的遠(yuǎn)程操作。另外，新能源發(fā)電子系統(tǒng)通過(guò)防雷匯流箱將實(shí)時(shí)發(fā)電數(shù)據(jù)傳輸?shù)?85總線上，與高低壓配電子系統(tǒng)共同通過(guò)串口服務(wù)器與以太網(wǎng)聯(lián)接，使高低壓配電子系統(tǒng)中的直流屏、電度表等設(shè)備的相關(guān)數(shù)據(jù)能夠在監(jiān)控服務(wù)器上顯示并存儲(chǔ)，并能通過(guò)高低壓配電子系統(tǒng)中的終端保護(hù)測(cè)控器對(duì)儲(chǔ)能載體子系統(tǒng)的充放電等多個(gè)環(huán)節(jié)的斷路器、接觸器等開(kāi)關(guān)的分合狀態(tài)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控(如圖4)。同時(shí)，可以通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控子系統(tǒng)設(shè)定整個(gè)系統(tǒng)的控制策略，控制新能源發(fā)電、儲(chǔ)能電池以及市電的用電優(yōu)先級(jí)別，依據(jù)電網(wǎng)峰谷電時(shí)間安排，設(shè)定電池的充放電時(shí)段，儲(chǔ)能載體在峰電時(shí)段放電，谷電時(shí)段充電；若系統(tǒng)檢測(cè)相應(yīng)時(shí)段內(nèi)儲(chǔ)能載體已放電至電壓下限或已充電至電壓上限，則保持儲(chǔ)能載體的靜置狀態(tài)；同時(shí)，為確保儲(chǔ)能載體運(yùn)行壽命，當(dāng)靜置超出時(shí)間限定時(shí)，儲(chǔ)能載體運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)為小電流充電。系統(tǒng)供電以新能源發(fā)電為主，從而達(dá)到節(jié)能減排的目的，配合發(fā)揮儲(chǔ)能載體的作用，使系統(tǒng)運(yùn)行符合不同供電環(huán)境的需要。(如圖5)。
【權(quán)利要求】
1.一種微網(wǎng)新能源混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，特征在于:包括新能源發(fā)電子系統(tǒng)、儲(chǔ)能載體子系統(tǒng)、變流器子系統(tǒng)、高低壓配電子系統(tǒng)、后臺(tái)監(jiān)控子系統(tǒng)； 所述新能源發(fā)電子系統(tǒng)，包括光伏發(fā)電設(shè)備或者還設(shè)有風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，光伏發(fā)電設(shè)備和風(fēng)力發(fā)電設(shè)備可同時(shí)或分別發(fā)電，其中的光伏發(fā)電設(shè)備所發(fā)之電通過(guò)防雷匯流箱進(jìn)行匯流輸出； 儲(chǔ)能載體子系統(tǒng)中的儲(chǔ)能載體包括儲(chǔ)能電池，儲(chǔ)能載體子系統(tǒng)配有電池管理系統(tǒng)模塊(BMS)，進(jìn)行電池均衡、電池荷電狀態(tài)(SOC)、電池健康狀態(tài)(SOH)管理； 所述變流器子系統(tǒng)中設(shè)有對(duì)應(yīng)光伏發(fā)電設(shè)備的直流/直流(DC/DC)變換裝置，將電壓波動(dòng)的新能源發(fā)電轉(zhuǎn)換為電壓穩(wěn)定的輸出；當(dāng)設(shè)有風(fēng)力發(fā)電設(shè)備時(shí)，所述變流器子系統(tǒng)中設(shè)有控制和逆變裝置，風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的能量輸出通過(guò)控制逆變裝置轉(zhuǎn)化為電壓穩(wěn)定的交流輸出，輸出的能量直接供負(fù)載使用或通過(guò)交流母線為儲(chǔ)能載體子系統(tǒng)充電； 所述變流器子系統(tǒng)還設(shè)有對(duì)應(yīng)儲(chǔ)能載體子系統(tǒng)中的儲(chǔ)能電池的直流/直流(DC/DC)變換裝置，將發(fā)電子系統(tǒng)所發(fā)之電回充給載體子系統(tǒng)中的儲(chǔ)能電池以及供所述儲(chǔ)能電池放電； 所述變流器子系統(tǒng)還設(shè)有直流/交流(DC/AC)變換裝置，實(shí)現(xiàn)經(jīng)所述直流/直流(DC/DC)變換裝置輸出的電能與電網(wǎng)或負(fù)載的能量流動(dòng)轉(zhuǎn)換； 所述高低壓配電子系統(tǒng)，通過(guò)隔離變壓器變壓，與電網(wǎng)側(cè)實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)，所述高低壓配電子系統(tǒng)安裝逆功率保護(hù)裝置，防止剩余電量向電網(wǎng)倒送，確保市電的電能質(zhì)量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微網(wǎng)新能源混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于:新能源發(fā)電子系統(tǒng)、儲(chǔ)能載體子系統(tǒng)、變流器子系統(tǒng)、高低壓配電子系統(tǒng)與后臺(tái)監(jiān)控子系統(tǒng)進(jìn)行通訊，通過(guò)后臺(tái)監(jiān)控子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)上述設(shè)備的遠(yuǎn)程操作，以及對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)的記錄分析。
3.如權(quán)利I所述的微網(wǎng)新能源混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于:電池管理系統(tǒng)模塊依據(jù)儲(chǔ)能載體子系統(tǒng)中的電池成組配置，設(shè)有電池組檢測(cè)控制柜單元(BCU)，以及在每個(gè)電池組，分別設(shè)有若干個(gè)電池檢測(cè)模塊單元(BMU)，每個(gè)電池檢測(cè)模塊單元對(duì)應(yīng)十幾個(gè)單體電池進(jìn)行數(shù)據(jù)采集監(jiān)控。
4.如權(quán)利I所述的微網(wǎng)新能源混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于:變流器子系統(tǒng)的直流/直流(DC/DC)變換裝置采用多通道設(shè)計(jì)，儲(chǔ)能載體的能量輸出先經(jīng)過(guò)直流/直流(DC/DC)變換裝置在變流器子系統(tǒng)內(nèi)部的直流母線匯集，再通過(guò)直流/交流(DC/AC)變換裝置變換；變流器子系統(tǒng)配有最大功率跟蹤裝置(MPPT)，能夠最大程度發(fā)揮光伏組件的發(fā)電能效；另一方面，通過(guò)新能源發(fā)電子系統(tǒng)為儲(chǔ)能載體充電時(shí)，能量先通過(guò)變流器子系統(tǒng)內(nèi)部的直流母線，再由儲(chǔ)能載體子系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的DC/DC變換，完成能量的轉(zhuǎn)移。
5.如權(quán)利I或2所述的微網(wǎng)新能源混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于:儲(chǔ)能載體子系統(tǒng)配有分散在不同位置的多個(gè)溫度感應(yīng)裝置、熱管理系統(tǒng)以及空調(diào)設(shè)備，所述空調(diào)設(shè)備在不同位置設(shè)有多個(gè)出風(fēng)口，所述熱管理系統(tǒng)控制空調(diào)設(shè)備的工作，使空調(diào)設(shè)備對(duì)應(yīng)儲(chǔ)能電池高溫部位的出風(fēng)口進(jìn)行針對(duì)性的出風(fēng)降溫。
6.如權(quán)利I或2所述的微網(wǎng)新能源混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于:它通過(guò)小型氣象站對(duì)氣象參數(shù)的檢測(cè)，為后臺(tái)監(jiān)控子系統(tǒng)的發(fā)電調(diào)節(jié)與數(shù)據(jù)分析提供便利，結(jié)合防雷匯流箱的支路電流監(jiān)測(cè)記錄，能夠有效進(jìn)行節(jié)能減排，新能源發(fā)電的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，包括氣溫、風(fēng)速等。
7.如權(quán)利I或2所述的微網(wǎng)新能源混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于:它采用模塊化設(shè)計(jì)，各子系統(tǒng)分別在一個(gè)或若干個(gè)集裝箱中建設(shè)，能夠使微網(wǎng)新能源混合儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)式管理運(yùn)行，方便臨時(shí)供電與擴(kuò)容。
8.如權(quán)利I或2所述的微網(wǎng)新能源混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于儲(chǔ)能載體的選擇范圍除了儲(chǔ)能電池外還包括選取超級(jí)電容與蓄能電池進(jìn)行搭配，或選用飛輪等儲(chǔ)能載體中的任意一種或任意多種作為補(bǔ)充，儲(chǔ)能電池采用鉛酸蓄電池、鉛炭電池、磷酸鐵鋰等電池中的一種或多種。
9.如權(quán)利4所述的微網(wǎng)新能源混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于:所述最大功率跟蹤系統(tǒng)(MPPT)由后臺(tái)監(jiān)控子系統(tǒng)控制，所述最大功率跟蹤系統(tǒng)(MPPT)根據(jù)后臺(tái)監(jiān)控子系統(tǒng)對(duì)最大功率跟蹤系統(tǒng)(MPPT)的指令，通過(guò)直流/直流(DC/DC)變換裝置對(duì)光伏發(fā)電輸出進(jìn)行調(diào)節(jié)，達(dá)到系統(tǒng)輸出最大功率的目 標(biāo)。
【文檔編號(hào)】H02J13/00GK103532158SQ201310518206
【公開(kāi)日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月28日
【發(fā)明者】吳賢章, 顧杏根, 陳威, 陳建, 陳光輝, 史廣偉 申請(qǐng)人:浙江南都電源動(dòng)力股份有限公司, 杭州南都動(dòng)力科技有限公司