智能型光伏儲能系統(tǒng)電源及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及光伏儲能電源領(lǐng)域，具體來講是電力電子技術(shù)中的新能源轉(zhuǎn)換、電池 管理W及智能控制技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 光伏發(fā)電技術(shù)作為新能源技術(shù)領(lǐng)域重要的分支，如今發(fā)展如火如茶，按與電網(wǎng)的 連接關(guān)系可分為并網(wǎng)發(fā)電與獨立離網(wǎng)發(fā)電。光伏儲能系統(tǒng)電源屬于獨立離網(wǎng)發(fā)電產(chǎn)品的范 疇，將太陽能資源高效轉(zhuǎn)化為用電設(shè)備所需的電力能源，其內(nèi)部核屯、部件包括了儲能電池 組、光伏逆變器、充放電控制器等。
[0003] 光伏儲能系統(tǒng)電源可用于電網(wǎng)負(fù)荷高峰之時或用作為野外應(yīng)急電源，靈活性W及 攜帶便捷等特點使得其應(yīng)用尤為廣泛。更有價值的是，太陽能屬于環(huán)保無污染的綠色清潔 能源，為鼓勵太陽能的開發(fā)和利用，各國政府分別積極制定多種優(yōu)惠政策來推動太陽能光 伏發(fā)電的發(fā)展。作為21世紀(jì)世界經(jīng)濟發(fā)展中最具決定性影響的技術(shù)之一，充分開發(fā)利用太 陽能新能源是世界各國可持續(xù)發(fā)展的能源戰(zhàn)略決策。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于設(shè)計一種高效節(jié)能環(huán)保的獨立離網(wǎng)型光伏儲能系統(tǒng)電源，其優(yōu) 先充分使用太陽能資源，并轉(zhuǎn)化為電力能源給普通電器設(shè)備供電，儲能電池可保證電源的 連續(xù)對外供電，通過移動客戶端查詢W及控制電源的工作狀態(tài)與遠(yuǎn)程開關(guān)機，使用極其智 能化。
[0005] 為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，按照本發(fā)明所提出的設(shè)計方案，一種智能型光伏儲能系統(tǒng) 電源，包括最大功率點跟蹤控制器、充電器、儲能系統(tǒng)控制器主板、逆變器、電池組、電池組 均衡管理模塊、顯示板單元、智能管理控制器模塊，同時包括可控開關(guān)管Ki~K4、斷路器Si、 S2和繼電器Yi;所述智能型光伏儲能系統(tǒng)電源的外接輸入為光伏板和市電，輸出單元為電 設(shè)備及路由器；
[0006]所述可控開關(guān)管Ki~K4^及繼電器Y1的驅(qū)動由儲能系統(tǒng)控制器主板提供；
[0007] 所述光伏板的輸出端連接到最大功率點跟蹤控制器的輸入端；所述最大功率點跟 蹤控制器經(jīng)過可控開關(guān)管Ki、Ks、K4連接至逆變器；
[000引所述電池組均衡管理模塊的均衡充電電源輸入端連接至儲能系統(tǒng)控制器主板，單 體電池均衡補償充電的能量由儲能系統(tǒng)控制器主板提供；
[0009] 所述市電經(jīng)斷路器S2連接至充電器；所述充電器經(jīng)過可控開關(guān)管K2、Ks和斷路器 Si連接至電池組；所述電池組經(jīng)過斷路器S1連接至可控開關(guān)管K3、K4;所述電池組均衡管理 模塊給電池組主動均衡充電；
[0010] 所述用電設(shè)備的供電由逆變器，或者市電經(jīng)斷路器S2、繼電器Yi切換為市電旁路 提供；
[0011] 所述顯示板單元接收到儲能系統(tǒng)控制器主板的參數(shù)信息后自行顯示當(dāng)前運行狀 態(tài)w及電池組的容量信息；
[0012] 所述智能管理控制器與儲能系統(tǒng)控制器主板通過RS232串口通信，經(jīng)由無線路由 器，將電源系統(tǒng)的狀態(tài)參數(shù)信息發(fā)送至可對其進(jìn)行移動查詢及控制的客戶端設(shè)備。
[0013] 進(jìn)一步的，所述的最大功率點跟蹤控制器在擬定的輸入電壓范圍內(nèi)，存在著兩類 工作方式：①最大功率點跟蹤方式一-1、光伏板能量充足時，最大功率點跟蹤控制器在 最大功率狀態(tài)下對后級的逆變器或用電設(shè)備供電，多余的能量給電池組充電，II、由于光伏 板能量不足，最大功率點跟蹤控制器工作在最大功率狀態(tài)下，與電池組共同對后級的逆變 器或用電設(shè)備供電；②限功率運行方式一-光伏板能量充足的情況下，逆變器或用電設(shè)備 負(fù)載較輕W及電池組所需的充電功率較小時，最大功率點跟蹤控制器無需做最大功率點跟 蹤，此時僅相當(dāng)于普通的Buck變換器給后級的逆變器或用電設(shè)備供電。
[0014] 進(jìn)一步的，所述的充電器接收到儲能系統(tǒng)控制器主板單元的觸發(fā)信號后，由待機 狀態(tài)切換至向電池組恒流充電狀態(tài)，觸發(fā)信號取消之后，充電器再切換為待機狀態(tài)。
[0015] 進(jìn)一步的，所述的電池組均衡管理模塊集成于電池組中，其采集到各單體電池電 壓后，W電壓均衡的方法給欠壓最嚴(yán)重的單體補償充電，且集成各單體電池的充放電保護(hù) 功能。
[0016] 進(jìn)一步的，所述的逆變器輸入可控開關(guān)管K4和輸出繼電器Yi由儲能系統(tǒng)控制器主 板單元控制，繼電器Yi的常閉觸點為逆變器輸出，僅在市電旁路情形下，繼電器Yi切換至常 開觸點，逆變器和市電旁路互補輸出。
[0017] 進(jìn)一步的，所述的顯示板單元接收到儲能系統(tǒng)控制器主板單元的電池組剩余容量 信息后，W四只L邸燈分段點亮表示容量值；第一段10%~15%，第二段15%~40%，第S 段40%~90%，第四段90%~95%。
[0018] 進(jìn)一步的，所述的儲能系統(tǒng)控制器主板單元根據(jù)當(dāng)前太陽能、市電、用電負(fù)載和電 池組剩余容量的情形，W優(yōu)先使用光伏能源為準(zhǔn)則，決定智能型光伏儲能系統(tǒng)電源工作于 太陽能模式或者備電模式；所述的儲能系統(tǒng)控制器主板單元集成了可控開關(guān)管Ki~K4,通 過檢測各輸入W及輸出的電參量，并由電池組的電壓、充放電電流、溫度作出當(dāng)前容量預(yù) 巧。，決定功率開關(guān)管或信號開關(guān)是否動作，涵蓋了電池組的充放電保護(hù)功能；所述的儲能系 統(tǒng)控制器主板單元WRS485串口通信的方式與最大功率點跟蹤控制器、電池組均衡管理模 塊、顯示板單元進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，從而控制所述的智能型光伏儲能系統(tǒng)電源的工作狀態(tài)。
[0019] 利用智能型光伏儲能系統(tǒng)電源實現(xiàn)的一種智能型光伏儲能系統(tǒng)電源控制方法，包 括如下步驟：
[0020] A;在理想條件下，設(shè)檢測出的電池組剩余容量值為SoC，其充放電功率值為Pbw， 最大功率點跟蹤控制器的輸出功率值為Pmppt，用電設(shè)備的消耗功率值為PiMd，儲能系統(tǒng)控制 器主板單元檢測并計算得出W上SOC、Pb。,、Pmppt、PiMd，由得出的數(shù)值判定當(dāng)前智能型光伏儲 能系統(tǒng)電源工作狀態(tài)；
[0021]B;若Pmppt> 0,則智能型光伏儲能系統(tǒng)電源工作于太陽能模式，當(dāng)PP且 SoC< 90 % 時，轉(zhuǎn)入步驟D;當(dāng)Pmppt>P1。。4且SoC> 90 % 時，轉(zhuǎn)入步驟E;當(dāng) 0 <Pmppt<P1。。4 且SoC>10%時，轉(zhuǎn)入步驟F;當(dāng)0<Pmppt<Pl。ad且SoC《10%時，轉(zhuǎn)入步驟G;
[002引C;若Pmppt= 0,則智能型光伏儲能系統(tǒng)電源工作于備電模式，當(dāng)SoC> 40%時，轉(zhuǎn) 入步驟H;當(dāng)SoC《40%時，轉(zhuǎn)入步驟I;
[002引 D巧控開關(guān)管Ki、K3、K4閉合，K2斷開，此時光伏能量充足，光伏能量由最大功率點 跟蹤控制器可調(diào)整到最大功率輸出狀態(tài)，通過后級逆變器給用電設(shè)備供電，此外多余的光 伏能量將儲存至電池組中；
[0024]E巧控開關(guān)管Ki、Ks、K4閉合，K2斷開，此時光伏能量充足，電池組電量較滿，最大 功率點跟蹤控制器工作于輸出恒壓限功率狀態(tài)，其通過后級逆變器給用電設(shè)備供電，此外 還給蓄電池組進(jìn)行浮充；
[002引 F巧控開關(guān)管Ki、K3、K4閉合，K2斷開，此時光伏能量不足，最大功率點跟蹤控制器 工作于最大功率跟蹤狀態(tài)，電池組通過放電W補償不足的用電功率；
[0026] G巧控開關(guān)管Ki、K3閉合，K2、K4斷開，繼電器Yi切換至常開觸點，此時光伏能量不 足，電池組饋電，最大功率點跟蹤控制器工作于最大功率跟蹤狀態(tài)，用電設(shè)備由市電旁路而 提供，光伏能量由最大功率點跟蹤控制器再儲存至電池組中；
[0027] H巧控開關(guān)管K4閉合，Ki、K2、K3斷開，電池組放電給后級逆變器或用電設(shè)備供電；
[00測 I巧控開關(guān)管K2、K3閉合，Ki、K4斷開，繼電器Yi切換至常開觸點，用電設(shè)備由市電 旁路而提供，AC/DC充電器由待機狀態(tài)切換至正常工作狀態(tài)并給電池組充電；
[0029] 進(jìn)一步的，六種工作方式按大類分成兩種工作模式：步驟D、E、F、G為太陽能工作 模式，步驟H、I為備電工作模式，電源W優(yōu)先使用光伏能源為準(zhǔn)則，電源在工作之前均需要 手動閉合斷路器