基于VRLA构建光储联合并网发电系统

摘要：独立光伏系统由于受到辐照强度、温度等环境因素的影响，发电时具有分时性、断续性的缺点，无法向负载提供持续平稳的电能。通过引入蓄电池储能系统，可以克服独立光伏系统的这些缺陷。此外，蓄电池较稳定的端压对光伏系统直流工作电压的箝位作用，保证了整套系统可工作在最佳工作点附近。利用阀控式密封铅酸(VRLA)蓄电池构建储能系统，设计了一套20 kW光储联合并网发电系统，研究了蓄电池储能系统在光伏并网发电系统中的实际应用及相应的功率协调控制技术。
关键词：光伏系统；阀控式密封铅酸蓄电池；最佳工作点；储能

1 引言
独立光伏发电系统中，受昼夜辐照条件变化的影响，系统产生的电能无法持续满足用电负载的需求。当负载接入光伏系统时，由于光伏电池阵列受到辐照强度、温度等的影响，使负载不能工作在最佳工作点附近，效率较低。蓄电池储能系统的引入弥补了独立光伏系统的这一缺陷。近年来，VRLA蓄电池由于密封不漏酸、不腐蚀设备污染环境，且维护简单而备受欢迎，得到了广泛使用。
结合新能源电力系统国家重点实验室具有实验性、研究性、示范性的光伏并网发电系统。配置2组19x12 V／100Ah的VRLA蓄电池，基于PWM技术设计了一套20 kW光储联合并网发电系统，研究了蓄电池储能系统在光伏并网发电系统中的实际应用及相应的功率协调控制技术。

2 光储联合并网发电系统
图1为光储联合并网发电系统，500 V直流母线由光伏电池阵列经一组DC／DC升压装置得到。

光储联合并网发电系统功率协调环节的电路拓扑结构如图2所示。功率协调部分主要包括一套DC／AC双向换流器和一套DC／DC双向调压器，两端分别连接交流母线和直流母线，蓄电池组位于两套系统的直流衔接处，直流母线上悬挂有其他DC／DC和DC／AC装置。

其中，DC／AC双向换流器是一组由6个IGBT构成的三相全桥电路，可实现整流和逆变功能的双向切换。DC／DC双向换流器是直流调压电路，可分别实现基于Boost或Buck原理的升／降压调节，如图3所示。
当系统检测到蓄电池组亏电时，设定DC／AC装置工作在整流模式，从交流母线取电并整流为直流；或设定DC／DC装置工作在降压模式，分别通过交直流母线取得能量供给蓄电池组充电。当系统检测到AC／DC负载投入，需要蓄电池组馈电提供能量时，DC／AC装置工作在逆变模式，从蓄电池取电逆变为交流电，并入电网或者供给交流负载；或设定DC／DC装置工作在升压模式，将蓄电池电压抬升后并入直流电网，或供给直流负载。