本發(fā)明涉及光伏發(fā)電領(lǐng)域，具體涉及用于光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的能量管理裝置。

背景技術(shù)：

光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)是基于光伏效應(yīng)，將太陽(yáng)輻射能量直接轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電系統(tǒng)。其主要由光伏電池和并網(wǎng)逆變器組成，光伏電池將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為直流電能，通過并網(wǎng)逆變器將直流電能轉(zhuǎn)化為與電網(wǎng)同頻同相的交流電能后直接為交流負(fù)載供電或饋入電網(wǎng)。光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)相連，共同承擔(dān)供電任務(wù)。

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的方框圖。光伏電池11依次通過并網(wǎng)逆變器12和電表13連接至電網(wǎng)，光伏電池11將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為直流電，并網(wǎng)逆變器12將光伏電池11輸出的直流電逆變成與電網(wǎng)電壓同頻、同相的交流電。當(dāng)陽(yáng)光充足時(shí)，并網(wǎng)逆變器12輸出的交流電一部分供給負(fù)載14，剩余的交流電通過電表13并入電網(wǎng)(即賣電)。當(dāng)陽(yáng)光不充足時(shí)，電網(wǎng)自動(dòng)地通過電表13向負(fù)載14提供一部分或全部電能(即買電)。由于目前光伏發(fā)電業(yè)主向電網(wǎng)賣電的電價(jià)低于從電網(wǎng)買電的電價(jià)，賣電和買電之間的差價(jià)增加了用電成本。如果能夠?qū)⒐夥姵?1產(chǎn)生的多余的電能進(jìn)行存儲(chǔ)以備以后使用(而不是先賣電再買電)，可以降低用戶的用電成本。但現(xiàn)有技術(shù)中的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)并不具備此功能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種用于光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的能量管理裝置，所述光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)包括光伏電池、并網(wǎng)逆變器和連接在所述并網(wǎng)逆變器輸出端的負(fù)載，所述光伏電池通過所述并網(wǎng)逆變器連接至電網(wǎng)，所述能量管理裝置包括：

可充電電池和雙向dc-dc變換器，所述可充電電池通過所述雙向 dc-dc變換器連接至所述并網(wǎng)逆變器的輸入端；

第一功率測(cè)量裝置，其用于測(cè)量所述光伏電池的輸出功率；

第二功率測(cè)量裝置，其用于測(cè)量所述光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的用電功率或并網(wǎng)功率；以及

變換器控制器，其用于控制所述雙向dc-dc變換器以管理所述可充電電池的容量。

優(yōu)選的，所述變換器控制器用于根據(jù)所述第一功率測(cè)量裝置測(cè)量的第一功率值和所述第二功率測(cè)量裝置測(cè)量的第二功率值控制所述雙向dc-dc變換器的工作模式。

優(yōu)選的，當(dāng)所述第一功率值小于第一功率閾值時(shí)，所述變換器控制器能夠控制所述雙向dc-dc變換器對(duì)所述可充電電池進(jìn)行放電并使得所述第二功率值為零；當(dāng)所述第一功率值大于第二功率閾值時(shí)，所述變換器控制器能夠控制所述雙向dc-dc變換器對(duì)所述可充電電池進(jìn)行充電并使得所述第二功率值為零，其中所述第一功率閾值小于第二功率閾值。

優(yōu)選的，當(dāng)所述第一功率值在所述第一功率閾值至所述第二功率閾值之間時(shí)，所述變換器控制器控制所述雙向dc-dc變換器不工作。

優(yōu)選的，所述第二功率閾值為連接在所述并網(wǎng)逆變器的輸出端的所述負(fù)載的功率。

優(yōu)選的，所述能量管理裝置還包括用于測(cè)量所述可充電電池的容量值的電池容量測(cè)量裝置，當(dāng)所述第一功率值小于第一功率閾值、且所述電池容量測(cè)量裝置測(cè)量的容量值不大于第一容量閾值時(shí)，所述變換器控制器控制所述雙向dc-dc變換器不工作；當(dāng)所述第一功率值大于第二功率閾值、且所述電池容量測(cè)量裝置測(cè)量的容量值不小于第二容量閾值時(shí)，所述變換器控制器控制所述雙向dc-dc變換器不工作，其中所述第一容量閾值小于所述第二容量閾值。

優(yōu)選的，所述第二容量閾值為所述可充電電池的額定容量。

優(yōu)選的，所述能量管理裝置還包括連接在所述光伏電池的輸出端與所述并網(wǎng)逆變器的輸入端之間的開關(guān)，其中，當(dāng)所述變換器控制器控制所述雙向dc-dc變換器對(duì)所述可充電電池進(jìn)行放電時(shí)，所述開關(guān)斷開。

優(yōu)選的，所述開關(guān)串聯(lián)在所述光伏電池的輸出端與所述雙向dc-dc變換器之間。

優(yōu)選的，所述能量管理裝置還包括連接在所述并網(wǎng)逆變器的輸入端的 第三功率測(cè)量裝置，其用于測(cè)量所述光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的放電功率。

本發(fā)明的能量管理裝置最大程度地減少了從電網(wǎng)買電，降低了耗電成本。且其能用于市場(chǎng)上光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中。

附圖說明

以下參照附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步說明，其中：

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的方框圖。

圖2是根據(jù)本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的用于光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的能量管理裝置的方框圖。

圖3是圖2中的光伏電池在一天內(nèi)提供的功率曲線圖。

圖4是根據(jù)本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例的用于光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的能量管理裝置的方框圖。

圖5是根據(jù)本發(fā)明第三個(gè)實(shí)施例的用于光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的能量管理裝置的方框圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。

圖2是根據(jù)本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的用于光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的能量管理裝置的方框圖。如圖2所示，能量管理裝置20包括與并網(wǎng)逆變器12的輸入端和輸出端分別相連的第一功率測(cè)量裝置23和第二功率測(cè)量裝置24。其中第一功率測(cè)量裝置23用于測(cè)量光伏電池11的輸出功率，第二功率測(cè)量裝置24用于測(cè)量光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的用電功率(買電功率)或并網(wǎng)功率(賣電功率)。能量管理裝置20還包括可充電電池21、雙向dc-dc變換器22和變換器控制器25，可充電電池21通過雙向dc-dc變換器22連接至并網(wǎng)逆變器12的輸入端。變換器控制器25根據(jù)第一功率測(cè)量裝置23測(cè)量的第一功率值和第二功率測(cè)量裝置24測(cè)量的第二功率值，控制雙向dc-dc變換器22處于充電模式(即對(duì)可充電電池21進(jìn)行充電)、放電模式(即對(duì)可充電電池21進(jìn)行放電)和待機(jī)模式(即不工作)。

以下將結(jié)合圖3所示的光伏電池11在一天內(nèi)的輸出功率曲線圖詳細(xì)描述變換器控制器25的功能。為了便于理解，假定負(fù)載14的功率為5千瓦，且能量的轉(zhuǎn)換效率都為100％。

在t0時(shí)刻，光伏電池11提供7千瓦的電能。并網(wǎng)逆變器12將光伏電池11提供的7千瓦直流電轉(zhuǎn)換為7千瓦的交流電，其中的5千瓦用于對(duì)負(fù)載14進(jìn)行供電，其余的2千瓦饋入電網(wǎng)中。此時(shí)變換器控制器25根據(jù)第一功率測(cè)量裝置23測(cè)量的輸出功率(7千瓦)和第二功率測(cè)量裝置24測(cè)量的并網(wǎng)功率(2千瓦)，控制雙向dc-dc變換器22對(duì)可充電電池21進(jìn)行充電，使得第二功率測(cè)量裝置24測(cè)量的并網(wǎng)功率從2千瓦降低為0。光伏電池11在t0-t1時(shí)間內(nèi)提供7千瓦的電能，對(duì)可充電電池21的充電功率為2千瓦，實(shí)現(xiàn)了將多余的2千瓦電能儲(chǔ)存在可充電電池21中。

在t1時(shí)刻后，光伏電池11提供的電能從7千瓦增加到8千瓦。增加的1千瓦交流電饋入電網(wǎng)中，變換器控制器25根據(jù)第一功率測(cè)量裝置23測(cè)量的輸出功率(8千瓦)和第二功率測(cè)量裝置24測(cè)量的并網(wǎng)功率(1千瓦)，控制雙向dc-dc變換器22增加對(duì)可充電電池21的充電功率，并使得第二功率測(cè)量裝置24測(cè)量的并網(wǎng)功率從1千瓦減小至0。光伏電池11在t1-t2時(shí)間內(nèi)提供8千瓦的電能，對(duì)可充電電池21的充電功率為3千瓦。

在t2時(shí)刻后，光伏電池11提供的電能從8千瓦減小到6千瓦，在可充電電池21的充電功率為3千瓦的情況下，第二功率測(cè)量裝置24測(cè)量的用電功率為2千瓦。變換器控制器25根據(jù)第一功率測(cè)量裝置23測(cè)量的輸出功率(6千瓦)和第二功率測(cè)量裝置24測(cè)量的用電功率(2千瓦)，控制雙向dc-dc變換器22減小對(duì)可充電電池21的充電功率，并使得第二功率測(cè)量裝置24測(cè)量的用電功率減小至0。光伏電池11在t2-t3時(shí)間內(nèi)提供6千瓦的電能，對(duì)可充電電池21的充電功率為1千瓦。

在t3時(shí)刻后，光伏電池11提供的電能從6千瓦減小到5千瓦，在可充電電池21的充電功率為1千瓦的情況下，第二功率測(cè)量裝置24測(cè)量的用電功率為1千瓦。變換器控制器25根據(jù)第一功率測(cè)量裝置23測(cè)量的輸出功率(5千瓦)和第二功率測(cè)量裝置24測(cè)量的用電功率(1千瓦)，控制雙向dc-dc變換器22減小對(duì)可充電電池21的充電功率，同時(shí)使得第二功率測(cè)量裝置24測(cè)量的用電功率減小至0。光伏電池11在t3-t4時(shí)間內(nèi)提供5千瓦的電能，此時(shí)光伏電池11輸出的電能全部用于對(duì)負(fù)載14進(jìn)行供電。

在t4時(shí)刻后，光伏電池11提供的電能在0.5千瓦～5千瓦，變換器控制器25根據(jù)第一功率測(cè)量裝置23測(cè)量的輸出功率(0.5千瓦～5千瓦)，控制雙向dc-dc變換器22不工作(即不給雙向dc-dc變換器22提供脈 寬調(diào)制信號(hào))，此時(shí)圖2所示的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)等效于圖1所示的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。光伏電池11在t4-t5時(shí)間內(nèi)提供的電能在0.5千瓦～5千瓦，此時(shí)電網(wǎng)和光伏電池11共同承擔(dān)供電任務(wù)，電網(wǎng)自動(dòng)地向負(fù)載14提供所需的交流電。

在t5時(shí)刻后，光伏電池11提供的電能小于0.5千瓦，第二功率測(cè)量裝置24測(cè)量的用電功率大于4.5千瓦。變換器控制器25根據(jù)第一功率測(cè)量裝置23測(cè)量的輸出功率(＜0.5千瓦)和第二功率測(cè)量裝置24測(cè)量的用電功率(＞4.5千瓦)，控制雙向dc-dc變換器22對(duì)可充電電池21的放電功率為5千瓦，同時(shí)使得第二功率測(cè)量裝置24測(cè)量的用電功率降低為0。光伏電池11在t5-t6時(shí)間內(nèi)提供的電能小于0.5千瓦，此時(shí)負(fù)載14完全由可充電電池21進(jìn)行供電。當(dāng)然，一旦可充電電池21中存儲(chǔ)的電能耗盡，將由電網(wǎng)承擔(dān)供電任務(wù)。

在t6時(shí)刻后，光伏電池11提供的電能在0.5千瓦～5千瓦，變換器控制器25根據(jù)第一功率測(cè)量裝置23測(cè)量的輸出功率(0.5千瓦～5千瓦)，控制雙向dc-dc變換器22不工作。光伏電池11在t5-t6時(shí)間內(nèi)提供的電能在0.5千瓦～5千瓦，此時(shí)電網(wǎng)和光伏電池11共同承擔(dān)供電任務(wù)。

在t7時(shí)刻后，光伏電池11提供的電能增加至6千瓦，在雙向dc-dc變換器22不工作情況下，第二功率測(cè)量裝置24測(cè)量的并網(wǎng)功率為1千瓦。變換器控制器25根據(jù)第一功率測(cè)量裝置23測(cè)量的輸出功率(6千瓦)和第二功率測(cè)量裝置24測(cè)量的并網(wǎng)功率(1千瓦)，控制雙向dc-dc變換器22對(duì)可充電電池21的充電功率增加至1千瓦，同時(shí)使得第二功率測(cè)量裝置24測(cè)量的并網(wǎng)功率降低為0。光伏電池11在t7-t8時(shí)間內(nèi)提供6千瓦的電能，對(duì)可充電電池21的充電功率為1千瓦。

在t8時(shí)刻后，光伏電池11提供的電能從6千瓦增加至7千瓦，在可充電電池21的充電功率為1千瓦的情況下，第二功率測(cè)量裝置24測(cè)量的并網(wǎng)功率為1千瓦。變換器控制器25根據(jù)第一功率測(cè)量裝置23測(cè)量的輸出功率(7千瓦)和第二功率測(cè)量裝置24測(cè)量的并網(wǎng)功率(1千瓦)，控制雙向dc-dc變換器22對(duì)可充電電池21的充電功率增加至2千瓦，同時(shí)使得第二功率測(cè)量裝置24測(cè)量的并網(wǎng)功率減小至0。光伏電池11在t8-t9時(shí)間內(nèi)提供7千瓦的電能，對(duì)可充電電池21的充電功率為2千瓦。

根據(jù)上述對(duì)可充電電池21的充電和放電過程可知，當(dāng)光伏電池11提供的功率小于第一功率閾值(例如0.5千瓦)時(shí)，變換器控制器25控制雙 向dc-dc變換器22處于放電模式中，對(duì)可充電電池21進(jìn)行放電并使得第二功率測(cè)量裝置24測(cè)量的用電功率或并網(wǎng)功率為0。

當(dāng)光伏電池11提供的功率大于第二功率閾值(例如5千瓦)時(shí)，變換器控制器25控制雙向dc-dc變換器22處于充電模式中，對(duì)可充電電池21進(jìn)行充電并使得第二功率測(cè)量裝置24測(cè)量的用電功率或并網(wǎng)功率為0。

當(dāng)光伏電池11提供的功率在第一功率閾值至第二功率閾值之間時(shí)，變換器控制器25控制雙向dc-dc變換器22處于待機(jī)模式。

采用本發(fā)明的能量管理裝置20，當(dāng)太陽(yáng)光充足時(shí)，將多余的太陽(yáng)能儲(chǔ)存在可充電電池中，當(dāng)基本沒有太陽(yáng)能時(shí)，可充電電池放電以對(duì)負(fù)載進(jìn)行供能。最大程度地減少了從電網(wǎng)買電，降低了耗電成本。

另外，由于變換器控制器25使得光伏電池11和可充電電池21并不同時(shí)對(duì)負(fù)載14供電，變換器控制器25與用于并網(wǎng)逆變器12的逆變器控制器(圖2未示出)之間相互獨(dú)立，無需改變逆變器控制器的控制算法和控制參數(shù)，因而不會(huì)影響并網(wǎng)逆變器12的功能。本發(fā)明實(shí)施例的能量管理裝置20能用于市場(chǎng)上任何一個(gè)具有光伏電池11和并網(wǎng)逆變器12的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，且不會(huì)影響和改變光伏并網(wǎng)放電系統(tǒng)的原功能。

本發(fā)明的第一功率閾值和第二功率閾值并不意欲限定為0.5千瓦和5千瓦。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，第一功率閾值可以小于負(fù)載功率，例如是負(fù)載功率的某一百分比值，優(yōu)選為負(fù)載功率的5％～10％，第二功率閾值可以等于或大于(例如略大于)負(fù)載功率。另外，第一功率閾值和第二功率閾值可以是變化的值，例如，它們可以基于負(fù)載功率的變化而發(fā)生改變。

圖4是根據(jù)本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例的用于光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的能量管理裝置的方框圖。其與圖2基本相同，區(qū)別在于，能量管理裝置30還包括連接在第一功率測(cè)量裝置23和并網(wǎng)逆變器12的輸入端之間的開關(guān)26，以及用于測(cè)量可充電電池21的容量值的電池容量測(cè)量裝置27。在可充電電池21的放電過程中(例如在圖3的t5-t6時(shí)間內(nèi))，開關(guān)26被控制為斷開，從而防止雙向dc-dc變換器22輸出的直流電回流至光伏電池11中，避免對(duì)光伏電池11造成不期望的損壞。變換器控制器35根據(jù)電池容量測(cè)量裝置27測(cè)量的容量值來判斷是否對(duì)可充電電池21進(jìn)行充電或放電。如果太陽(yáng)光充足(例如在圖3的t0-t4時(shí)間內(nèi)和t7-t9時(shí)間內(nèi))，且電池容量測(cè)量 裝置27測(cè)量的容量值等于可充電電池21的額定容量(即可充電電池21已充滿)，變換器控制器35控制雙向dc-dc變換器22不工作，即停止對(duì)可充電電池21進(jìn)一步充電。此時(shí)光伏電池11提供的多余電能將饋入電網(wǎng)中，避免了電能的浪費(fèi)和對(duì)可充電電池21過充電造成損壞。當(dāng)沒有或基本沒有太陽(yáng)能時(shí)(例如在圖3的t5-t6時(shí)間內(nèi))，且電池容量測(cè)量裝置27測(cè)量的數(shù)值低于預(yù)定的容量閾值(即可充電電池21基本放電完畢)或接近0(可充電電池21放電完畢)，變換器控制器35控制雙向dc-dc變換器22不工作以停止對(duì)可充電電池21進(jìn)一步放電，避免了對(duì)可充電電池21過放電造成損壞，此時(shí)負(fù)載14完全由電網(wǎng)進(jìn)行供電。

圖5是根據(jù)本發(fā)明第三個(gè)實(shí)施例的用于光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的能量管理裝置的方框圖。其與圖4基本相同，區(qū)別在于，能量管理裝置40還包括連接在并網(wǎng)逆變器12的輸入端的第三功率測(cè)量裝置28，其用于測(cè)量并網(wǎng)逆變器12的輸入端的功率(即光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的放電功率)。在可充電電池21的放電過程中(例如在t5-t6時(shí)間內(nèi))，變換器控制器45根據(jù)電池容量測(cè)量裝置27測(cè)量的電池容量值和第三功率測(cè)量裝置28測(cè)量的放電功率，即可預(yù)測(cè)可充電電池21還可持續(xù)放電的時(shí)間。

本發(fā)明實(shí)施例中的第一、第二和第三功率測(cè)量裝置23、24、28可選用市場(chǎng)上公知的功率計(jì)或功率表，電池容量測(cè)量裝置27可選用市場(chǎng)上公知的電池容量計(jì)。

雖然本發(fā)明已經(jīng)通過優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，然而本發(fā)明并非局限于這里所描述的實(shí)施例，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下還包括所作出的各種改變以及變化。