一種用于光伏發(fā)電的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)及電能檢測和系統(tǒng)狀態(tài)切換與控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及的是一種用于光伏發(fā)電的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)及電能檢測和系統(tǒng)狀態(tài)切換 與控制方法，屬于分布式光伏發(fā)電儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 在獨(dú)立光伏系統(tǒng)中，由于光伏電池的隨機(jī)波動(dòng)，即光伏電池并不是時(shí)刻運(yùn)行在最 大輸出功率狀態(tài)，且輸出最大功率會(huì)隨著季節(jié)光照和環(huán)境溫度的變化而變化，所以在獨(dú)立 光伏系統(tǒng)中增加儲(chǔ)能系統(tǒng)是必不可少的。由于每種儲(chǔ)能電池都存在著各自的優(yōu)缺點(diǎn)，如果 使用單一的儲(chǔ)能電池，則不能最大化利用光伏系統(tǒng)產(chǎn)生的富裕能量，而同時(shí)使用多種儲(chǔ)能 電池，則可充分發(fā)揮各種儲(chǔ)能電池的優(yōu)點(diǎn)，從而使光伏系統(tǒng)產(chǎn)生的富裕能量得到高效利用。 因此，光伏系統(tǒng)中的混合儲(chǔ)能也開始逐漸受到重視。近幾年，國內(nèi)外一些高校和科研院所對(duì) 該技術(shù)做了初步的研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，而提供一種結(jié)構(gòu)組成合理，使用方 便，能實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電與負(fù)載消耗和混合儲(chǔ)能系統(tǒng)存儲(chǔ)電能的實(shí)時(shí)平衡，能較好的滿足混合 儲(chǔ)能系統(tǒng)需求的、用于光伏發(fā)電的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)及電能檢測和系統(tǒng)狀態(tài)切換與控制方法。
[0004] 本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案來完成的，一種用于光伏發(fā)電的混合儲(chǔ)能系 統(tǒng)，它主要由光伏電源連接至帶有負(fù)載的直流母線，所述的直流母線上還分別連接有主要 由超級(jí)電容器和蓄電池構(gòu)成的儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)，且所述的超級(jí)電容器和蓄電池分別通過各自的雙 向Buck/Boost變換器連接在所述的直流母線上。
[0005] 本發(fā)明優(yōu)選的是：所述的直流母線上、超級(jí)電容器和蓄電池與各自雙向Buck/ Boost變換器的連接線路上分別通過并接檢測線路，并通過信號(hào)調(diào)理電路連接于帶有ADC 轉(zhuǎn)換器的DSP控制器上，所述的DSP控制器又通過兩路驅(qū)動(dòng)電路分別連接受控的、實(shí)現(xiàn)超級(jí) 電容器和蓄電池各自充電或放電的兩個(gè)Buck/Boost變換器。
[0006] 本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)選的是：所述的DSP控制器上配置有鍵盤和IXD顯示及人際交互 界面，其中鍵盤采用4X4鍵盤，IXD顯示使用IXD12864黑白液晶顯示器；另在所述DSP控 制器上配置有可實(shí)現(xiàn)與其他設(shè)備信息交互串口的通訊模塊，且該通訊模塊與一可將混合儲(chǔ) 能系統(tǒng)中的相參數(shù)實(shí)時(shí)上傳、通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的監(jiān)控與調(diào)度的PC機(jī)無線通訊連接。
[0007] -種用于上述混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的電能檢測方法，所述的電能檢測方法是：
[0008] 通過實(shí)時(shí)檢測直流母線的電壓或者光伏電池輸出的電壓是否跌落，來判斷是否需 要混合儲(chǔ)能系統(tǒng)放電；同時(shí)，還增加對(duì)光伏電源，即經(jīng)功率二極管與直流母線相連的輸出電 壓的檢測，當(dāng)光伏電池的輸出電壓小于48V時(shí)，混合儲(chǔ)能系統(tǒng)需要向直流母線放電；相應(yīng) 地，在直流母線電壓或光伏電池輸出電壓出現(xiàn)隆起時(shí)可以向混合儲(chǔ)能系統(tǒng)充電；由此，可以 通過檢測直流母線電壓或光伏電源輸出電壓的波動(dòng)情況即可判斷各狀態(tài)間是否需要切換。
[0009] -種利用上述混合儲(chǔ)能系統(tǒng)電能檢測進(jìn)行系統(tǒng)狀態(tài)切換與控制的方法，所述的系 統(tǒng)狀態(tài)包括穩(wěn)態(tài)、充電狀態(tài)以及放電狀態(tài)，所述的系統(tǒng)狀態(tài)切換與控制的方法主要包括： [0010] 混合儲(chǔ)能系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時(shí)檢測到直流母線電能富裕，并轉(zhuǎn)換為充電的切換控制；
[0011] 在穩(wěn)態(tài)時(shí)檢測到直流母線需要電能，并轉(zhuǎn)換為放電的切換控制；
[0012] 在充電過程中檢測到直流母線需要電能，并轉(zhuǎn)換為放電的切換控制；
[0013] 在放電過程中檢測到直流母線需要電能，并轉(zhuǎn)換為放電的切換控制；
[0014] 在放電過程中檢測到直流母線電能富裕，并轉(zhuǎn)換為充電的切換控制。
[0015] 本發(fā)明優(yōu)選的是：所述的系統(tǒng)狀態(tài)切換與控制的方法中：
[0016] 當(dāng)檢測到直流母線電壓突然隆起或通過檢測光伏電池輸出的電壓變高時(shí)，系統(tǒng)須 從穩(wěn)態(tài)或放電狀態(tài)切換至充電狀態(tài)，然后系統(tǒng)通過判斷電壓隆起的大小來確定何種充電狀 態(tài)；
[0017] 當(dāng)電壓隆起較小時(shí)切換至蓄電池單獨(dú)充電狀態(tài)；
[0018] 當(dāng)電壓隆起較大時(shí)則切換至超級(jí)電容器單獨(dú)充電狀態(tài)，此時(shí)超級(jí)電容器功率密度 的特點(diǎn)得到充分發(fā)揮；當(dāng)電壓隆起很大時(shí)就切換至二者聯(lián)合充電，此時(shí)超級(jí)電容器可短時(shí) 吸收較大電流，再加上蓄電池可以吸收一定的電流，因此可較快地平抑掉電壓的隆起；
[0019] 若在超級(jí)電容器或蓄電池單獨(dú)充電狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)的直流母線或光伏電源輸出的電 壓經(jīng)歷不降反升的情況時(shí)，則單獨(dú)充電狀態(tài)直接轉(zhuǎn)換至二者聯(lián)合充電狀態(tài)；
[0020] 而當(dāng)檢測母線或光伏電源輸出的隆起電壓回復(fù)到正常時(shí)，系統(tǒng)則須回復(fù)到穩(wěn)態(tài)；
[0021] 當(dāng)系統(tǒng)檢測到母線的電壓或光伏電池輸出的電壓出現(xiàn)跌落時(shí)，系統(tǒng)須從穩(wěn)態(tài)或充 電狀態(tài)切換至放電狀態(tài)；此時(shí)，可根據(jù)電壓跌落的程度判斷應(yīng)切換至何種放電狀態(tài)，當(dāng)電壓 跌落較小時(shí)，系統(tǒng)可切換至蓄電池單獨(dú)放電狀態(tài)；當(dāng)電壓跌落較大時(shí)則切換至超級(jí)電容器 單獨(dú)放電狀態(tài)；當(dāng)電壓跌落很大時(shí)就切換至二者聯(lián)合放電狀態(tài)；
[0022] 若在放電過程中，直流母線或光伏電源輸出的電壓，不升反降時(shí)，則單獨(dú)放電狀態(tài) 直接轉(zhuǎn)換至二者聯(lián)合放電狀態(tài)；
[0023] 而當(dāng)檢測母線或光伏電源輸出的跌落電壓回復(fù)到正常時(shí)，系統(tǒng)則須回復(fù)到穩(wěn)態(tài)。
[0024] 本發(fā)明所述獨(dú)立光伏系統(tǒng)中的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)主要包括蓄電池、超級(jí)電容器和DC/ DC變換控制器，同時(shí)為了充分發(fā)揮超級(jí)電容器功率密度大和蓄電池能量密度大的特點(diǎn)，以 及增加混合儲(chǔ)能的控制靈活性，采用超級(jí)電容器和蓄電池分別接雙向Buck/Boost變換器， 然后再與直流母線相連的結(jié)構(gòu)；它具有結(jié)構(gòu)組成合理，使用方便，能實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電與負(fù)載消 耗和混合儲(chǔ)能系統(tǒng)存儲(chǔ)電能的實(shí)時(shí)平衡，能較好的滿足混合儲(chǔ)能系統(tǒng)需求等特點(diǎn)。
【附圖說明】
[0025] 圖1是本發(fā)明所述的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
[0026] 圖2是本發(fā)明所述雙向Buck/Boost變換器的電路原理圖。
[0027] 圖3是本發(fā)明所述的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，
[0028] 圖4是本發(fā)明所述混合儲(chǔ)能系統(tǒng)狀態(tài)切換控制原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)的介紹：圖1所示，本發(fā)明所述的一種用于光伏 發(fā)電的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，它主要由光伏電源1經(jīng)功率二極管2連接至帶有負(fù)載3的直流母線 4,所述的直流母線4上還分別連接有主要由超級(jí)電容器5和蓄電池6構(gòu)成的儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)，且 所述的超級(jí)電容器5和蓄電池6分別通過各自的雙向Buck/Boost變換器7連接在所述的 直流母線4上；
[0030] 所述的雙向Buck/Boost變換器7如圖2所示，本發(fā)明中的雙向Buck/Boost變換器 當(dāng)工作在Buck模式時(shí)，48V直流母線對(duì)超級(jí)電容器和蓄電池充電；當(dāng)工作在Boos模式時(shí)， 超級(jí)電容器和蓄電池則向48V直流母線補(bǔ)充電能。其中，超級(jí)電容器和蓄電的額定電壓都 為24V?？紤]到48V直流母線可能會(huì)在特殊情況下出現(xiàn)微小的波動(dòng)，擴(kuò)大變換器的高壓側(cè)電 壓變化范圍，因此，設(shè)定變換器高壓側(cè)輸入電壓的范圍為36~60V?？紤]到變換器低壓側(cè) 為超級(jí)電容器和蓄電池的電壓輸入端，并不是在二者電壓很低時(shí)就可以向48V直流母線補(bǔ) 償電能，因此，設(shè)定超級(jí)電容器和蓄電池向48V直流母線補(bǔ)償電能的最低電壓為12V，所以 低壓側(cè)的電壓變化范圍為12~24V。在設(shè)計(jì)中，設(shè)定變換器的額定功率為500W ;紋波電壓 Up-p為20mV ;M0SFET的開關(guān)頻率fs為20kHz ;下表為雙向Buck/Boost變換器基本性能指 標(biāo)：
[0031]
[0032] 圖3所示，本發(fā)明進(jìn)一步的實(shí)施例是：所述的直流母線4上、超級(jí)電容器5和蓄電 池6與各自雙向Buck/Boost變換器7的連接線路上分別通過并接檢測線路41、51、61，并通 過信號(hào)調(diào)理電路連接于帶有ADC轉(zhuǎn)換器的DSP控制器8上，所述的DSP控制器8又通過兩 路驅(qū)動(dòng)電路9分別連接受控的、實(shí)現(xiàn)超級(jí)電容器5和蓄電池6各自充電或放電的兩個(gè)Buck/ Boost變換器7。
[0033] 本發(fā)明在所述的DSP控制器8上配置有鍵盤10和IXD顯示11及人際交互界面，其 中鍵盤10采用4X4鍵盤，IXD顯示11使用IXD12864黑白液晶顯示器；另在所述DSP控制 器上配置有可實(shí)現(xiàn)與其他設(shè)備信息交互串口的通訊模塊12,且該通訊模塊12與一可將混 合儲(chǔ)能系統(tǒng)中的相參數(shù)實(shí)時(shí)上傳、通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的監(jiān)控與調(diào)度的PC機(jī)無線通訊連接。
[0034] 本發(fā)明中為了實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電與負(fù)載消耗和混合儲(chǔ)能