光伏发电系统及设备的制作方法

本申请涉及光伏技术领域，特别是涉及一种光伏发电系统及设备。

背景技术：

光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种清洁技术，具有清洁、可持续和安全等特点被广泛应用于各个领域。

由于受到太阳光照的限制，光伏白天发电、晚上停机，导致光伏发电具有一定波动性和周期性。目前，为了更好地利用光伏技术，将光伏发电系统配合储能单元一起使用，对于多余的光伏发电能量，存储在储能单元中，在需要的合适时间，再将能量放出。

现有技术中，储能单元在释放能量到电网时，需要经过两级变换器，致使储能单元的放电效率不高，能量不能高效发挥出来。此外，储能单元采用的储能电池需采用同一类型的，否则大量储能单元串联或并联后接到直流母线上，会造成电池能量分配不均以及储能单元故障。

技术实现要素：

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高储能单元的充放电效率、安全性高以及节约资源的光伏发电系统及设备。

一种光伏发电系统，所述系统包括：

第一储能单元、双向储能逆变器、至少一个光伏组件、至少一个三端口储能变流器以及至少一个第二储能单元，

所述双向储能逆变器的直流端通过直流母线与所述第一储能单元连接，所述双向储能逆变器的交流端连接电网，所述每个三端口储能变流器的第一端口连接所述直流母线，所述每个三端口储能变流器的第二端口连接一个光伏组件，所述每个三端口的储能变流器的第三端口连接一个第二储能单元。

在其中一个实施例中，所述第一储能单元的直流电通过所述双向储能逆变器传输至所述电网，以及通过所述至少一个三端口储能变流器的第三端口传输至至少一个第二储能单元。

在其中一个实施例中，所述电网的交流电通过所述双向储能逆变器传输至所述第一储能单元，以及依次通过所述双向储能逆变器、至少一个三端口储能变流器的第一端口传输至所述至少一个第二储能单元。

在其中一个实施例中，所述每个光伏组件产生的直流电通过连接的三端口储能变流器的第一端口传输至所述第一储能单元、通过连接的三端口储能变流器的第三端口传输至所述第二储能单元，以及依次通过所述三端口储能变流器、双向储能逆变器传输至所述电网。

在其中一个实施例中，所述每个第二储能单元的直流电通过连接的三端口的储能变流器的第一端口传输至所述第一储能单元，以及依次通过所述三端口的储能变流器、双向储能逆变器传输至所述电网。

在其中一个实施例中，所述双向储能逆变器为双向dc-ac逆变器。

在其中一个实施例中，所述第一储能单元和至少一个第二储能单元均为储能电池。

在其中一个实施例中，所述储能电池的类型为相同或不同；

和/或，所述储能电池的配置为相同或不同。

在其中一个实施例中，所述系统还包括控制器，所述控制器与双向储能逆变器和每个三端口储能变流器连接，所述控制器控制所述第一储能单元、至少一个第二储能单元和至少一个光伏组件的功率。

一种光伏发电设备，其特征在于，所述设备至少包括如上任意一项所述光伏发电系统。

上述光伏发电系统及设备，所述系统包括：第一储能单元、双向储能逆变器、至少一个光伏组件、至少一个三端口储能变流器以及至少一个第二储能单元，所述双向储能逆变器的直流端通过直流母线与所述第一储能单元连接，所述双向储能逆变器的交流端连接电网，所述每个三端口储能变流器的第一端口连接所述直流母线，所述每个三端口储能变流器的第二端口连接一个光伏组件，所述每个三端口的储能变流器的第三端口连接一个第二储能单元。通过上述系统能够提高储能单元的充放电效率、安全性高以及节约资源。

附图说明

图1为现有技术中不带boost的光伏逆变器配合储能系统；

图2为现有技术中带boost的光伏逆变器配合储能系统；

图3为现有技术中光伏逆变器交流耦合储能系统；

图4为本申请第一个实施例中光伏发电系统的结构示意图；

图5为本申请第二个实施例中光伏发电系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

光伏发电是一种清洁、安全的新能源利用方式，但是受到太阳光照的限制，具有一定波动性，考虑到白天发电、晚上停机，光伏发电也具有明显的周期性。目前的解决方案是光伏发电系统配合储能一起使用，对于多余的光伏发电能量，存储在储能单元中，在需要的合适时间，再将能量放出。

图1-3是几种常见的光伏系统和储能配合的应用系统。

对于图1，储能单元在释放能量到电网时，需要经过1个dc-dc变换器和1个dc-ac变换器，为两级变换器，放电效率不高，储能单元的能量不能高效发挥出来。图3中，储能单元在吸收来自光伏阵列能量时，需要经过两个dc-ac变换器，为两级变换器，充电效率不高。

对于图2，储能单元必须是同一种类型，并且一致性较好，否则大量的储能单元串联、并联后接到直流母线上，会造成电池能量分配不均，导致电池故障。

参见图4和5，本申请提出一种光伏发电系统，所述系统包括：

第一储能单元、双向储能逆变器、至少一个光伏组件、至少一个三端口储能变流器以及至少一个第二储能单元，

所述双向储能逆变器的直流端通过直流母线与所述第一储能单元连接，所述双向储能逆变器的交流端连接电网，所述每个三端口储能变流器的第一端口连接所述直流母线，所述每个三端口储能变流器的第二端口连接一个光伏组件，所述每个三端口的储能变流器的第三端口连接一个第二储能单元。

具体地，光伏组件为光伏阵列，本申请中第一储能单元与双向储能逆变器连接的直流母线可并接多个由一个光伏阵列、一个三端口储能变流器和第二储能单元所组成的串联支路。本申请中采用三端口储能变流器可以实现最大功率跟踪控制，可以通过三端口接入阵列的容量、灵活调整光伏发电的超配比，也可以通过增加三端口储能变流器的数量提高超配比，或者最大功率跟踪器的数量。此外，根据需要可以对储能变流器的端口进行调整，可为四个端口或者更多端口的。其中，所述双向储能逆变器为双向dc-ac逆变器。

在其中一个实施例中，所述第一储能单元的直流电通过所述双向储能逆变器传输至所述电网，以及通过所述至少一个三端口储能变流器的第三端口传输至至少一个第二储能单元。

所述电网的交流电通过所述双向储能逆变器传输至所述第一储能单元，以及依次通过所述双向储能逆变器、至少一个三端口储能变流器的第一端口传输至所述至少一个第二储能单元。

所述每个光伏组件产生的直流电通过连接的三端口储能变流器的第一端口传输至所述第一储能单元、通过连接的三端口储能变流器的第三端口传输至所述第二储能单元，以及依次通过所述三端口储能变流器、双向储能逆变器传输至所述电网。

所述每个第二储能单元的直流电通过连接的三端口的储能变流器的第一端口传输至所述第一储能单元，以及依次通过所述三端口的储能变流器、双向储能逆变器传输至所述电网。

具体地，储能变流器(powerconversionsystem——pcs)可控制储能电池的充电和放电过程，进行交直流的变换。pcs由dc/ac双向变流器、控制单元等构成。本申请中的储能逆变器为双向储能逆变器，因此，电网与第一储能单元可以相互充放电。

在其中一个实施例中，所述第一储能单元和至少一个第二储能单元均为储能电池。

具体地，储能电池可以是锂电池、铅酸电池、也可以是燃料电池。

在其中一个实施例中，所述储能电池的类型为相同或不同；

和/或，所述储能电池的配置为相同或不同。

具体地，储能电池的配置以及种类可根据具体需要进行配置，例如第一储能单元所采用的储能电池可为锂电池，而至少一个第二储能单元所采用的储能电池可为铅酸电池。

在其中一个实施例中，所述系统还包括控制器，所述控制器与双向储能逆变器和每个三端口储能变流器连接，所述控制器控制所述第一储能单元、至少一个第二储能单元和至少一个光伏组件的功率。

具体地，光伏发电系统中还可设置终端控制器，可以根据需求，控制三个端口的储能变流器和储能逆变器的工作状态，实现对第一储能单元、第二储能单元、光伏阵列的功率控制。具体地，pcs控制器通过通讯接收终端控制器的控制指令，根据功率指令的符号及大小控制变流器对储能单元进行充电或放电，实现对电网有功功率及无功功率的调节。pcs控制器通过can接口与bms通讯，获取储能单元的状态信息，可实现对储能单元的保护性充放电，确保电池运行安全。此外，系统可根据电池类型，灵活选择优先对第一类电池，还是第n+1类电池进行充电和放电。系统中有n+1组电池，这些组电池可以是配置不同、或类型不同的两类电池。

本申请的光伏发电系统具有两个端口可以接储能单元，可以接入不同类型的电池，或者电压配置不一致的电池，设计灵活，降低了电池不一致带来的损失和危险，也提升了系统设计的稳定性。此外，三个端口的储能变流器可以实现最大功率跟踪控制，可以通过三个端口接入阵列的容量、灵活调整光伏发电的超配比，也可以通过增加三个端口储能变流器的数量提高超配比，或者最大跟踪器的数量。

本申请还提供一种光伏发电设备，所述设备至少包括：

第一储能单元、双向储能逆变器、至少一个光伏组件、至少一个三端口储能变流器以及至少一个第二储能单元，

所述双向储能逆变器的直流端通过直流母线与所述第一储能单元连接，所述双向储能逆变器的交流端连接电网，所述每个三端口储能变流器的第一端口连接所述直流母线，所述每个三端口储能变流器的第二端口连接一个光伏组件，所述每个三端口的储能变流器的第三端口连接一个第二储能单元。

在其中一个实施例中，所述第一储能单元的直流电通过所述双向储能逆变器传输至所述电网，以及通过所述至少一个三端口储能变流器的第三端口传输至至少一个第二储能单元。

在其中一个实施例中，所述电网的交流电通过所述双向储能逆变器传输至所述第一储能单元，以及依次通过所述双向储能逆变器、至少一个三端口储能变流器的第一端口传输至所述至少一个第二储能单元。

在其中一个实施例中，所述每个光伏组件产生的直流电通过连接的三端口储能变流器的第一端口传输至所述第一储能单元、通过连接的三端口储能变流器的第三端口传输至所述第二储能单元，以及依次通过所述三端口储能变流器、双向储能逆变器传输至所述电网。

在其中一个实施例中，所述每个第二储能单元的直流电通过连接的三端口的储能变流器的第一端口传输至所述第一储能单元，以及依次通过所述三端口的储能变流器、双向储能逆变器传输至所述电网。

在其中一个实施例中，所述双向储能逆变器为双向dc-ac逆变器。

在其中一个实施例中，所述第一储能单元和至少一个第二储能单元的类型为相同或不同；

和/或，所述第一储能单元和至少一个第二储能单元的配置为相同或不同。

在其中一个实施例中，所述第一储能单元和至少一个第二储能单元均为储能电池。

在其中一个实施例中，所述设备还包括控制器，所述控制器与双向储能逆变器和每个三端口储能变流器连接，所述控制器控制所述第一储能单元、至少一个第二储能单元和至少一个光伏组件的功率。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。