[发明专利]一种利用电池和惯性储能系统的光伏电站拓扑及方法

说明书

本发明提供了一种利用电池和惯性储能系统的光伏电站拓扑及方法，涉及光伏发电的技术领域，包括：储能元件、双向DC/DC、飞轮储能系统、以及光伏系统；飞轮储能系统包括飞轮以及发电机；储能元件通过双向DC/DC、飞轮系统以及光伏系统共同向电网供电。通过本发明提供的拓扑和方法可以缓解为了控制电压暂降而使得电流幅值超过光伏系统逆变器的幅值上限，造成光伏系统直接脱网技术问题。

技术领域

本发明涉及光伏供电的技术领域，尤其是涉及一种利用电池和惯性储能系统的光伏电站拓扑及方法。

背景技术

光伏发电由于绿色环保、控制灵活，近年来发展迅速，屋顶光伏并入电网，对目前的城市电网供电系统是一个很好的补充和替代，但是屋顶光伏直接接入配电网，使原来只承担向用户供电的配电网，成为既承担“负荷”也承担“电源”功能的有源配电网，伴随着光伏系统的不断发展,在配网层面的渗透率不断增加。电网发生短时故障造成电压暂降时，将不能再像处理负荷那样来处理光伏系统,需要想办法控制由于电网电压暂降而升高的电流幅值,防止电流幅值超过光伏系统逆变器的幅值上限造成光伏系统直接脱网情况的发生。

为了解决这一问题，现在普遍采用的方案有两类：

(1)设计光伏逆变器控制方案。对光伏逆变器采用不同的控制方式，实现在电压暂降情况下逆变器输出电流的调整，以保证电压暂降情况下光伏系统稳定的电压输出满足规程要求；

(2)光伏系统与储能系统结合。利用光伏-储能综合系统，完善电网与负荷的连接，在发生电压暂降情况下，依靠储能系统的惯性降低电压暂降造成的冲击。这一功能可以通过其他任何一种能力存储系统实现，实现时可以是储能系统与光伏逆变器连接，光伏逆变器同时具备能量路由器的功能，也可以通过动态电压恢复器等装置将储能单元连接到光伏系统的母线。

其中前者形式简单，依靠逆变器的控制方式调整就可以实现；后者形势复杂，但是功能更全面，除了满足电压暂降的需求外，还具备能量存储，提高系统惯性的功能。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种利用电池和惯性储能系统的光伏电站拓扑及方法，以缓解为了控制电压暂降而使得电流幅值超过光伏系统逆变器的幅值上限，造成光伏系统直接脱网技术问题。

本发明提供了一种利用电池和惯性储能系统的光伏电站拓扑，包括：

储能元件、双向DC/DC、飞轮储能系统、以及光伏系统；

所述飞轮储能系统包括飞轮以及发电机；

所述储能元件通过双向DC/DC、所述飞轮系统以及光伏系统共同向电网供电。

另一方面，本发明提供了一种利用电池和惯性储能系统的光伏电站方法，当配电网正常运行时，所述光伏系统向外部负荷供电，并向所述储能元件供电；当配电网出现电压暂降时，所述光伏系统与所述飞轮储能系统共同向外部负荷供电；当配电网长时间输出峰谷负荷要求，所述光伏系统与所述储能元件共同向外部电网供电。

优选的，当配电网出现电压暂降时，所述飞轮储能所需提供的能量为S11与S12之和：

t—电压暂降时间；

—光伏系统储备的能量；

C—光伏逆变器与电压恢复器连接到直流母线侧的等效电容值；

U_c—直流母线电压；

S11—飞轮储能为提升配电网电压所需的能量；

t—光伏系统时间常数；

P_S—光伏系统发出的功率；

S12—保留飞轮储能部分输出能力支撑光伏电站内部变压器风冷和空调等负荷最小送风需求；