储能设计丨详解光伏储能系统

储能系统 由 ”四源一载” 组成

四源：即 光伏源，电池源，市电源，发电机源 ，

一载：即负载

光伏源：即太阳能电池板（PV），太阳能电池板等效于电流源特性

通过串联，并联组成方阵，是真正意义的新能源

太阳能电池板的电路模型

太阳能电池板的电路模型

太阳能电池板的特性曲线

U-I曲线：开路电压Voc, 短路电流Isc

U-P曲线 存在P值的最值，即存在最大功率点

U-I曲线和U-P曲线

MPPT的概念

Maximum Power Point Track 最大功率点追踪

由于太阳能电池板的非线性，需要设备具备自我调整负载匹配光伏源最大输出功率的功能

常用的MPPT追踪算法有： 扰动观察法 和 增量电导法

BOOST电路/BUCK电路实现MPPT

储能系统中广泛使用BUCK 电路 或者BOOST接入 PV

通过控制BUCK/BOOST 的输出电流/电压 来实现PV 曲线上的功率匹配

电池源：即蓄电池，可以是传统的铅酸类电池 或 锂电池，是

整个储能系统的核心，起到能量存储的作用

蓄电池的物理模型

蓄电池具备一定的恒压源独特性，电池由于内阻很小，短路电流极大

标定电池容量的单位是安时 AH ，例如100AH，51.2V电池 就是5.12KWH的电池

蓄电池的物理模型

铅酸电池四段式充电

铅酸电池一般采用四段式充电，CC 恒流， CV 均压充， FLOAT 浮充， EQ 均衡充

锂电池充电

一般是 CC 恒流， CV 均压充

电池充电需要实现对电池电压/电池电流的可控

对于铅酸类电池，充电特性完全由充电器根据电池容量，以及LCD的设置参数决定 对于锂电池，充电特性取决于BMS传递给充电机的指令

锂电池BMS板

BMS

电池管理系统，是嵌入于电池PACK的充放电管理/保护系统

LLC电路/BUCK电路实现充电

市电源：即大电网，一般对应目前的低压配电网，可以是单相, 分相，三相的电网形式

低压配电网的物理模型

低压配电网是一个具低输出阻抗的交流电压源 ，特殊情况下可能会出现市电高阻抗的情况

单相电网： 单相三线制， L 火线， N 零线，PE 保护地

单相电网

分相电网：两相四线制， L 1火线，L2火线， N 零线，PE 保护地

分相电网

三相电网： 三相五线制， L 1火线，L2火线，L3火线， N 零线，PE 保护地

三相电网

发电机源：内燃发电机，可以是柴油，汽油，天然气发电机，一般用作后备电源

发电机的物理模型

发电机是一个有一定出阻抗的交流电压源 ，由内燃机拖动同步发电机实现发电，因此发电机具备同步发电机的V/f 特性

ATS

目前市面上的新产品均集成了ATS 功能，可实现发电机 与 电网的自动切换

当电网停电时，ATS自动启动并切换发电机作为AC源；当电网恢复后，

ATS自动关停发电机并切换回市电供电

负载：即普通的用电设备，可以是线性负载，也可以是非线性负载等

常见线性负载为 电阻性负载，电容性负载，电感性负载，如 电热棒，电动机，钨丝灯泡等

常见非线性负载为 整流性负载 如 日光灯 ， 各种带整流器的家电，微波炉，打印机等

总谐波失真度 THDi/ THDv

衡量一个交流信号正弦度的一个重要指标，数值越低越接近正弦

含有低次谐波的市电电压波形

FFT下的谐波分析

功率因数 PF值

有功率和视在功率的比值，描述负载电流与负载电压的相位，越接近1，无功损耗越小，有功率占比越高

PF表现为电压与电流的相位差

削峰：在用电高峰期，电价较高时，将光伏/电池能量卖入到电网，削除用电峰值

电路工况：电池侧LLC正向工作，逆变器工作于逆变状态将直流能量馈入到电网中，表现为卖电模式

填谷：在用电低谷期，电价较低，允许从电网取能量给电池充电 ，实现储能

电路工况：逆变工作于整流状态，将交流的电网能量反向输入到LLC，LLC反向工作给电池充电 ，表现为 用电模式

防逆流

即禁止卖电模式，储能系统放出的能量只能小于等于负载能量，不会造成卖电的工况防逆流状态下，是可以允许充电的

离网工况

当系统所有交流源，包括电网/发电机 都处于不可用状态,如电网停电，此时系统由光伏和电池联合提供能量

逆变输出稳定的交流能量供给负载使用

离网工况

当系统所有外部交流源，包括电网/发电机 都处于不可用状态，如电网停电，此时系统由光伏和电池联合提供能量

逆变输出稳定的交流能量供给负载使用

并网工况

系统切入到由外部交流源，包括电网/发电机 供给负载的工况，并网后可以是卖电 或者 防逆流两种模式之一

离网切并网

俗称 ”进市电“， 离网电压需要在相位幅值与电网同步，即锁相完毕后才能切入 电网

并网切离网

俗称 “退市电”，分两种情况，一种是异步退市电，即电网彻底丢失导致的退市电，这种情况是被动的，需确保切换瞬间电压不能中断过长

一种是同步退市电，即电网正常，机器主动退出市电

光伏并联技术

光伏板需要通过串并联才能组成阵列满足用电规格

光伏组串间也可以通过逆变器内部的均流控制实现并联，例如三路MPPT输入的逆变器可以三路组串并联

电池并联技术

电池可以通过CAN 通信实现多个电池的并联实现扩容的需求，满足负载段对后备时间的需求

逆变器并联技术

逆变器可以通过CAN通信以及并机控制算法实现多个机器的功率扩容

储能系统依赖于新型的数字化控制平台， 实现四源 一负载的能量管理调度控制

具备如下主要功能：

•削峰填谷

•防逆流

•离网供电

并且能够依托于先进的并联技术，实现光伏组件，电池系统，逆变系统的并联扩容