家用太阳能光伏储能系统如何配置.那种方式好？ - 知乎有问题，上知乎。知乎作为中文互联网最大的知识分享平台，以「知识连接一切」为愿景，致力于构建一个人人都可以便捷接入的知识分享网络，让人们便捷地与世界分享知识、经验和见解，发现更大的世界。7被浏览<strong class="NumberBoard-itemValue" title="分享邀请回答5添加评论分享收藏感谢收起chuneng.mixsolar.com1 条评论分享收藏感谢收起写回答分布式光伏储能电池混合系统的经济性分析--《电力建设》2016年08期
分布式光伏储能电池混合系统的经济性分析
【摘要】：为了提高光伏系统的利用率,需要研究家庭和企业用户的分布式光伏及储能电池混合系统的最优运营模式。以居民用户和企业用户为对象,分别建立了用户无光伏发电、光伏电力全部出售给电网、自发自用余电上网以及光储系统下自发自用余电上网这4种运营模式下用户的成本效益模型,分析了不同运营模式下系统的经济性。结果表明:在无储能的光伏发电系统中,光伏系统的装机容量越高,用户的净利润越高,并且自发自用,余电上网是收益最高的用电模式。在有储能的光伏发电系统中,考察了6种储能电池在分布式光伏/储能电池系统中的经济性,发现对于居民用户,采用储能系统消纳光伏电力的经济性较低;而对于企业用户,储能系统的经济性较前者有一定程度的提高。随着储能电池成本的降低,企业用户配置光伏储能电池系统会有较好的应用前景,其中水钠电池的经济性最高。研究成果可为家庭和企业用户光伏发电系统运营模式的选择提供理论依据。
【作者单位】：
【基金】：
【分类号】：TM615
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光伏储能系统控制策略
& & 由于偏远地区存在无电可用及负荷过大等现象，为了摆脱这种困境，光伏发电应用衍生出光伏储能系统分支，该系统集成了并网功能、离网功能、储能功能，可以适用于不同需求的微网系统，满足人们日常生活需求。
& & 偏远地区供电可靠性受天气、负荷等因素的影响很大，一般都配备有蓄电池、控制器等储能、能量调配设备。白天光伏储能逆变器发电供应负载，并为蓄电池充电，剩余电能并入电网供其它用户使用；夜间由蓄电池为负载供电。光伏储能逆变器应用十分广泛，主要包括户用光伏系统，独立光伏小电站、光伏水泵系统、光伏照明系统、光伏通信基站等。
文章详细分析光伏工频储能发电系统结构[1-3]、储能逆变器工作原理[4]及控制策略[5-6]，分析控制策略的可行性,&设计控制环路，并进行实验验证，实现输入输出功率平衡，满足不同场合功率需求。
2&光伏储能系统
如图1所示,光伏储能系统由太阳能电池板、BUCK充电器、电池组、DSP控制器、逆变器等组成。通过BUCK充电器将PV直流输入转换为蓄电池和逆变器所需的电压；电池组可采用铅酸或锂电池,用来储存太阳能电池所发出的电能并可实时为负载或电网提供能量；DSP控制器用于MPPT跟踪处理、BUCK变换器开关管控制及全桥逆变控制,&实现系统DC-DC前级降压储能及双相逆变功能。
图1&光伏储能系统结构图
2.1&BUCK充电器控制策略设计
系统采用TMS320F2802作核心控制芯片。芯片完成BUCK降压、双相逆变、最大功率追踪及保护功能，为达到代码的高效率，采用C语言嵌入汇编的形式进行编程。
BUCK充电器将极板输出电压变换为稳定的直流电压Vdc,&并通过MPPT控制BUCK充电器的占空比来实现最大功率跟踪。电池板输入电压范围为50V至150V，当电池板输入电压高于母线电压时，充电器开始工作。
图2为BUCK充电器制框图。图中VPV&为极板电压、IPV为极板电流、VPVref为MPPT给定值、V0sample为输出电压采样值、V0ref为输出给定值、VPVsample为极板电压采样值、IL为电感电流采样值、D+为Q1控制占空比。
工作原理为：通过比较输入功率计算得到最大功率点VPVref给定值，VPVref与极板电压反馈值求误差后经过PI环路计算，与输出电压PI环路相加得出电感电流环路给定值，经过P计算，最终算出Q1调制比，与三角载波比较，输出调制方波，实现输出稳压以及最大功率跟踪功能。
图2&BUCK充电器制框图&
根据上述设计选择MPPT控制方式[7]。提出双模式MPPT扰动观察法，该方法结合固定电压法和扰动观察法的优点，具有快速跟踪外部环境变化，最大功率点处振荡现象，对光伏极板利用率高的优点。
该MPPT控制原理为当外部环境变化时，光伏极板的开路电压会根据极板特性变化，通过固定电压法利用VMPP≈K*V（K为比例常数）计算出VMPP，然后通过特定步长扰动就能使光伏极板的输出功率快速接近最大功率点。当系统实现固定电压法的控制目标后，通过小步长扰动观察法使光伏极板的工作点继续向最大功率点移动，最后稳定工作在最大功率点附近。
图3是双模式MPPT扰动观察法的工作流程图，其具体工作逻辑如下:
(l)对光伏极板输出电压V、输出电流I进行采样，并计算出VMPP、VPV及P;
(2)当工作点不在MPP误差范围内，根据△V的符号判断光伏极板工作在最大功率点左侧还是右侧，然后PI控制算法计算控制量△D，进行MPPT快速扫描。
图3双模式MPPT扰动观察法控制框图
&(3)当工作点在MPP误差范围内，表明系统工作在最大功率点附件处，此时采用小步长扰动观察法进行控制。
上述过程不断重复直到光伏器件输出功率两次采样的误差△P近似等于零。由于扰动步长较小，功率振荡现象基本消除。
2.2逆变器调制方式选择
逆变器选择全桥DC-AC电路，外部硬件电路设计方便，热稳定性好。全桥DC-AC逆变器采用单极性倍频控制方式[6]。上下桥臂驱动信号为四路高频驱动。
单极性倍频调制方式就是使用2个极性相反的参考正弦波与双向三角形载波交截产生功率开关驱动信号．原理如图2所示．该调制方式含有2个基波ug和-ug．ug与三角载波交截产生2个信号：ua和其互补信号。-ug与三角载波交截也产生2个信号：ub和其互补信号。输出电压u0的正半周是由ua和ub逻辑决定。因为在正半周内ua的高电平一直比ub的低电平区宽，所以只存在斜对管导通，从而使得输出电压u0中只包含ud和0两个电平．同理，在负半周输出电压u0由ua和ub两互补信号逻辑决定，它只包含0和-ud两个电平．由于ud在一个载波周期内有2次状态转变，所以其输出频率是开关管的一倍．
图4&单极性倍频调制方式
2.3&逆变器控制策略设计
图5为逆变器控制策略图。图中Vbus&为母线电压、Iref为给定电流、Isample为输出电流采样值、Vbus&sample为母线电压采样值、Ugrid为输出电压采样值、D为SPWM控制占空比。
并网情况下DC-AC逆变器主要完成控制母线电压Vbus维持恒定，实现前后两级功率平衡。控制框图如图5所示，母线电压外环经过PI计算得出电流给定值，再经电流内环计算，加上电网电压前馈值，算出输出调节量，与DSP给定的三角波信号比较来输出脉宽变化的SPWM波，从而实现系统充放电功能。
&图5&并网下逆变器控制策略
图6为逆变器控制策略图。图中Vrms为输出电压有效值、Vref为瞬时电压给定值、V&sample为输出电压采样值、Iref为给定电流、Isample为输出电流采样值、U0为输出电压采样值。
无电网孤岛系统情况下DC-AC逆变器主要完成单逆变功能，作为负载的电压源。控制框图如图6所示，根据设定输出电压有效值计算出对应角度电压给定值，经过PI环路求出电流环路给定，经过误差计算与输出电压前馈相加，得出调制占空比，作载波比较后控制开关管。通过该控制方式可以有效的控制逆变输出电流，稳定输出。
图6&离网下逆变器控制策略
3&系统功能设计
系统主程序流程如图7所示，辅助电源建立后，满足PV工作条件进入PV充电模式，然后进入等待开机模式，当按键按下或判断为有电网开机时，进入外部环境检测自检模式，检测逆变器输入输出环境是否满足要求，满足逆变器工作条件，进入离网模式，为负载提供电压源；当有电网时，进入并网模式，并选择设置模式，储能或供电，正常并网工作；当运行中出现故障时，进入故障模式，等待故障消失后，再次启动。
图7&主程序流程图
3.1&保护功能设计
由于光伏储能系统拥有离网、储能、供电等功能，故保护功能需要涵盖现有光伏极板、电池、电网等源的检测及保护。
故障保护模块包括：PV输入过压及过流保护、电池过压及过流保护、电网过欠压保护、电网过欠频保护、电网过流保护、主动孤岛保护、各功率模块温度保护、电池温度保护等模块。
3.2&显示功能模块设计
&&显示功能模块主要完成数据通讯设置功能，由于储能系统所处环境不同，故可根据不同的环境设置各种工作模式及输入输出设定量；储能及供电模式就是通过LCD设置，实现功能切换，或默认设置为一种自动工作模式，自启动运行。
4&实验结果与结论分析
&&&为了验证光伏储能系统可行性，搭建光伏储能系统平台，使用PV极板给电池充电，同时工作在离网带负载或并网模式。PV扫描曲线开路电压为140V&,&最大功率点电压为116V，输入最大功率1500W，输出电压为55V&,&48V&100AH铅酸电池，充电电流最大30A，带负载或并网储能供电1000W。
图8显示波形依次是：PV极板电压、电池电压、极板输入电流，电池充电电流。
图9显示波形依次是：电池电压、负载电流、输出电压。
图10a显示波形依次是：电池电压、并网供电电流、电网电压。
图10&b显示波形依次是：电池电压、并网充电电流、电网电压。
图8实验波形是MPPT从140V至最大功率点116V的扫描过程，通过双模式MPPT扰动观察法可以在短时间内找到最大功率点，实现输出电压恒定在55V，并稳定输入输出电流。
图9实验波形是无电网孤岛系统下，逆变输出230V，带负载1000W，输出电流波形。
图10a实验波形是有电网并网，逆变并入230V电网，根据设置模式向电网侧供电1000W，输出电流波形。
图10b实验波形是有电网并网，逆变并入230V电网，根据设置模式给电池储能充电1000W，电网侧电流波形。
& 通过分析光伏储能系统的工作原理,&研究各模块功能,经过实际平台试验，验证了该光伏储能系统可行性；并得出以下优点:
& (1)MPPT扫描方法，在扫描过程更稳定，最大功率点跟踪精度更高，MPPT工作效率达到最大99%。
& (2)直流电压输入范围宽，储能功能可选择光伏极板、电网或混合充电。
& (3)有无电网逆变器都可以工作，合理利用能源，满足用户需求，对电网影响小，额定功率时电流谐波&3%。
作者：谢缔
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光伏储能系统有哪些不同配置模式？光伏群英汇论坛告诉你
太阳能光伏发电是实现我国能源和电力可持续发展战略的重要组成之一。由于光伏输出功率具有很强的波动性、随机性，光伏电力的不稳定性严重制约了光伏电力的接入和输送。储能技术可以实现削峰填谷、负荷跟踪、调频调压、电能质量治理等功能。光伏储能系统还可以在光伏电站遇到弃光限制发电时将多余电能存入储能电池内，光伏发电量低于限幅值或晚上用电高峰时通过储能逆变器将电池内电能送入电网，储能系统参与电网削峰填谷，储能系统还可利用峰谷电价差创造更大的经济效益，提高系统自身的调节能力；作为解决大规模可再生能源发电接入电网的一种有效支撑技术。 储能系统的主要模式有配置在电源直流侧的储能系统、配置在电源交流侧的储能系统和配置在负荷侧储能系统等。 1、配置在电源直流侧的储能系统配置在电源直流侧的储能系统主要可安装在诸如光伏发电的直流系统中，这种设计可将蓄电池组合光伏发电阵列在逆变器直流段进行配接调控，如图1。该系统中的光伏发电系统和蓄电池储能系统共享一个逆变器，但是由于蓄电池的充放电特性和光伏发电阵列的输出特性差异较大，原系统中的光伏并网逆变器中的最大功率跟踪系统（MPPT）是专门为了配合光伏输出特性设计的，无法同时满足储能蓄电池的输出特性曲线。因此，此类系统需要对原系统逆变器进行改造或重新设计制造，不仅需要使逆变器能满足光伏阵列的逆变要求，还需要增加对蓄电池组的充放电控制器，和蓄电池能量管理等功能。一般而言，该系统是单向输出的，也就是说该系统中的蓄电池是完全依靠光伏发电充电的，电网的电力是不能给蓄电池充电的。 图1、配置在电源直流侧的储能系统该系统光伏发电阵列发出的电力在逆变器前端就与蓄电池进行了自动直流平衡，这种模式的主要特点是系统效率高，电站发电出力可由光伏电站内部调度，可以达到无缝连接，输出电能质量好，输出波动非常小等，可大大提高光伏发电输出的平滑、稳定性和可调控性能，缺点是使用的逆变器需要特殊设计，不适用于对现有已经安装好的大部分光伏电站进行升级改造。另一个缺点是，该储能系统中的蓄电池组只能接受本发电单元的电力为其充电，而其他临近的光伏发电单元或电站的多余电力无法为其充电。也就是说这种方案缺乏大电站内部电力调配的功能。 2、配置在电源交流侧的储能系统配置在电源交流侧的储能系统也可以称之为配置在交流侧的储能系统，单元型交流侧的储能的模式如图2所示，它采用单独的充放电控制器和逆变器来给蓄电池充电或者逆变，这种方案实际上就是给现有光伏发电系统外挂一个储能装置，可在目前任何一种光伏电站甚至风力发电站或其他发电站进行升级安装，形成站内储能系统，也可以根据电网需要建设成为完全独立运行的储能电站，这种模式克服了直流侧储能系统无法进行多余电力统一调度的问题，它的系统充电还是放电完全由智能化控制系统控制或受电网调度控制，它不仅可以集中全站内的多余电力给储能系统快速有效的充电，甚至可以调度站外电网的廉价低谷多余电力，使得系统运行更加方便和有效。 图2、配置在交流低压的侧储能系统交流侧接入的储能系统的另一个模式是将储能系统接入电网端，如图3。显然，这两种储能系统的不同点只是接入点不同，前者是将储能部分接入了交流低压侧，与原光伏电站分享一个变压器，而后者则是将储能系统形成独立的储能电站模式，直接接入高压电网。交流侧接入的方案不仅适用于电网储能，还被广泛应用于诸如岛屿等相对孤立的地区，形成相对独立的微型电网供电系统。交流侧接入的储能系统不仅可以在新建电站上实施，对于已经建成的电站也可以很容易的进行改造和附加建设，且电路结构清晰，发电场和储能电场可分地建设，相互的直接关联性少，因此也便于运行控制和维修。缺点是由于发电和储能相互独立，相互之间的协调和控制就需要外加一套专门的智能化的控制调度系统，因此造价相对较高。 图3、配置在交流电源高压侧的储能系统 3、配置在负荷侧储能系统配置在负荷侧储能系统主要是指应急电源和可移动的电动设备，譬如可充电式的电动汽车，电动工具和移动电话等。 本文仅仅是讨论储能电站的技术问题，尽管储能电站有诸多优点，可在一些特殊场合实施和应用但是由于目前蓄电池的高效、环保、长寿命和低价格等关键问题没有较大的突破，在目前大规模推广储能电站可能还有上网电价、补贴政策等问题，时机尚不成熟。
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