一种光伏储能电池管理系统

技术领域

本发明涉及光伏发电技术领域，具体涉及一种光伏储能电池管理系统。

背景技术

随着地球资源的日益贫乏，基础能源的投资成本日益攀高，且基础能源工程伴随的各种安全和污染隐患无处不在。故太阳能作为一种“取之不尽，用之不竭”的安全、环保新能源越来越受到重视。

分布式光伏发电技术因具有能源分布广泛，安装方便容易控制，可增强电网运行稳定性，具有巨大的环保和经济吸引力而受到广泛关注和大力推广。

对于用户而言，安装带有蓄电池的分布式光伏发电系统可以在电网停电时候依靠光伏发电和蓄电池供电，既能够保证家庭供电的稳定性，而且现阶段政府对于分布式光伏发电有财政补贴，允许余电上网。

对于电网公司而言，分布式光伏发电系统的推广，可以使居民用电满足就近发电，就近并网，就近转换，就近使用的要求，有效解决了电力在升压和长途运输中的损耗问题。而且从全局来看，分布式光伏发电系统能给电网提供削峰填谷的作用，增强电网的稳定性。

现有的分布式光伏发电系统多为家庭式的光伏发电系统，采用储能电池来存储或释放电能，以稳定为用户供电，保证供电的可靠性和电能质量。但现有的光伏发电系统的储能电池只是被动的充电和放电，应用方式比较原始和初级。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种光伏储能电池管理系统，旨在解决现有的光伏发电系统的储能电池只是被动的充电和放电，应用方式比较原始和初级的问题。

本发明提出的技术方案为：

一种光伏储能电池管理系统，包括光伏组件、光伏控制器、储能电池、电池管理模块、第一逆变器、第一切换装置和控制模块；所述光伏控制器电连接于所述光伏组件和所述第一逆变器之间；所述储能电池分别电连接于所述光伏控制器和所述第一逆变器；所述第一逆变器通过所述第一切换装置电连接于家庭负载；外部电网电连接于所述第一切换装置；所述电池管理模块连接于所述储能电池；所述控制模块分别通信连接于所述光伏控制器、所述电池管理模块和所述第一切换装置；

所述光伏控制器用于将所述光伏组件的电力输出至所述储能电池或所述第一逆变器；所述第一逆变器用于将来自所述光伏组件或所述储能电池的直流电转换为交流电；所述第一切换装置用于控制外部电网给所述家庭负载供电，或将所述第一逆变器的输出电能给所述家庭负载供电；

所述控制模块用于通过所述光伏控制器和所述电池管理模块控制所述储能电池的充电或放电，并通过所述第一切换装置切换所述家庭负载的供电源。

优选的，所述控制模块还用于通过所述电池管理模块获取所述储能电池的电池剩余电量；所述控制模块还用于当所述电池剩余电量小于第一预设值时，通过所述电池管理模块控制所述储能电池停止向所述第一逆变器输出电能，并通过所述第一投切装置控制外部电网向所述家庭负载供电，然后通过所述光伏控制器控制所述光伏组件向所述储能电池充电。

优选的，所述控制模块还用于获取过去第一预设时间段内的历史发电信息，并建立发电功率预测模型，所述历史发电信息包括历史时刻，以及与所述历史时刻对应的历史光照强度、历史温度和以所述历史时刻为起始点的第二预设时间段内的各时刻的历史发电功率；

所述控制模块还用于将所述历史时刻、所述历史光照强度和所述历史温度作为所述发电功率预测模型的输入值，将所述历史时刻为起始点的第二预设时间段内的各时刻的历史发电功率作为所述输出值以训练所述发电功率预测模型；

所述控制模块还用于每隔所述第二预设时间段将当前时刻、当前温度和当前光照强度输入所述发电功率预测模型，以得到当前时刻为起始点的所述第二预设时间段内的各时刻的发电功率；

所述控制模块还用于当所述电池剩余电量大于第二预设值，且当前时刻为起始点的所述第二预设时间段内各时刻的发电功率中存在为0的发电功率时，通过所述光伏控制器控制所述光伏组件向所述家庭负载供电，然后通过所述第一投切装置控制外部电网向所述家庭负载供电。

优选的，所述控制模块还用于当所述电池剩余电量大于所述第二预设值，且当前时刻为起始点的所述第二预设时间段内各时刻的发电功率中不存在为0的发电功率时，通过所述光伏控制器控制所述光伏组件向所述家庭负载供电，然后通过所述第一投切装置控制外部电网停止向所述家庭负载供电；所述第二预设值大于所述第一预设值。

优选的，所述控制模块还用于当所述电池剩余电量大于所述第二预设值，且当前时刻为起始点的所述第二预设时间段内各时刻的发电功率全部为0时，通过所述电池管理模块控制所述储能电池向所述第一逆变器输出电能，然后通过所述第一投切装置控制外部电网停止向所述家庭负载供电。

优选的，所述控制模块还用于当所述电池剩余电量小于所述第一预设值，且当前时刻为起始点的所述第二预设时间段内各时刻的发电功率中存在为0的发电功率时，通过所述第一投切装置控制外部电网向所述家庭负载供电，然后通过所述电池管理模块控制所述储能电池停止向所述第一逆变器输出电能。

优选的，还包括第二逆变器和第二切换装置；所述第二逆变器电连接于所述光伏控制器，所述第二切换装置分别电连接于所述第二逆变器和外部电网；所述第二逆变器用于将来自所述光伏组件的直流电转换为交流电；所述第二切换装置用于将所述第二逆变器的输出电力与外部电网并网；所述控制模块与所述第二切换装置通信连接。

优选的，所述控制模块还用于获取过去所述第一预设时间段内的每天的历史天气信息和对应的每天的发电量，并建立发电量预测模型；所述控制模块还用于将过去所述第一预设时间段内每天的历史天气信息作为所述发电量预测模型的输入值，将过去所述第一预设时间段内每天的发电量作为所述输出值以训练所述发电量预测模型，其中，所述天气信息为阴天、雨天和晴天中任一项；

所述控制模块还用于获取未来第三预设时间段内每天的预测天气信息，并每隔一天将未来第三预设时间段内每天的预测天气信息输入所述发电量预测模型，以得到未来所述第三预设时间段内每天的预测发电量，以得到未来所述第三预设时间段的预测总发电量；

所述控制模块还用于当所述预测总发电量低于第三预设值，且所述剩余电量值低于第四预设值时，通过所述电池管理模块控制所述储能电池在未来第三预设时间段内均停止向所述第一逆变器输出电能；所述第四预设值大于所述第一预设值。

优选的，所述控制模块还用于当所述预测总发电量低于第三预设值，且所述剩余电量值低于第五预设值时，通过所述光伏控制器控制所述光伏组件向所述储能电池充电；所述第五预设值小于所述第四预设值。

优选的，所述控制模块还用于当所述预测总发电量高于第六预设值，且所述剩余电量值高于所述第二预设值时，通过所述电池管理模块控制所述储能电池向所述第一逆变器输出电能，然后通过所述第一切换装置控制外部电网停止向所述家庭负载供电，然后通过所述光伏控制器和所述第二切换装置控制所述光伏组件与外部电网并网。

通过上述技术方案，能实现以下有益效果：

本发明提出的一种光伏储能电池管理系统，能够通过控制模块对储能电池进行精细化控制，即根据光伏组件的发电情况和储能电池的剩余电量的情况来具体控制储能电池进行充电或放电，相比传统的光伏发电系统中的储能电池只是被动的充电和放电的应用方式，本发明提出的光伏储能电池管理系统对于储能电池的控制管理更加高效和主动，更加合理的使用储能电池，提升储能电池的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明提出的一种光伏储能电池管理系统一实施例的结构图。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提出一种光伏储能电池管理系统。

如附图1所示，在本发明提出的一种光伏储能电池管理系统的一实施例中，本系统包括光伏组件(即光伏发电板)、光伏控制器、储能电池、电池管理模块、第一逆变器、第一切换装置和控制模块；所述光伏控制器电连接于所述光伏组件和所述第一逆变器之间；所述储能电池分别电连接于所述光伏控制器和所述第一逆变器；所述第一逆变器通过所述第一切换装置电连接于家庭负载；外部电网电连接于所述第一切换装置；所述电池管理模块连接于所述储能电池；所述控制模块分别通信连接于所述光伏控制器、所述电池管理模块和所述第一切换装置。

所述光伏控制器用于将所述光伏组件的电力输出至所述储能电池或所述第一逆变器；所述第一逆变器用于将来自所述光伏组件或所述储能电池的直流电转换为交流电；所述第一切换装置用于控制外部电网给所述家庭负载供电，或将所述第一逆变器的输出电能给所述家庭负载供电。

所述控制模块用于通过所述光伏控制器和所述电池管理模块控制所述储能电池的充电或放电，即控制模块会根据光伏组件的发电情况和储能电池的剩余电量的情况来具体控制储能电池进行充电或放电，这里的放电为对家庭负载进行供电；并通过所述第一切换装置切换所述家庭负载的供电源，即家庭负载的供电源可以是储能电池、光伏组件或外部电网中的任一项或多项。

本发明提出的一种光伏储能电池管理系统，能够通过控制模块对储能电池进行精细化控制，即根据光伏组件的发电情况和储能电池的剩余电量的情况来具体控制储能电池进行充电或放电，相比传统的光伏发电系统中的储能电池只是被动的充电和放电的应用方式，本发明提出的光伏储能电池管理系统对于储能电池的控制管理更加高效和主动，更加合理的使用储能电池，提升储能电池的使用寿命。

此外，在本发明提出的一种光伏储能电池管理系统的另一实施例中，所述控制模块还用于通过所述电池管理模块获取所述储能电池的电池剩余电量；所述控制模块还用于当所述电池剩余电量小于第一预设值时，通过所述电池管理模块控制所述储能电池停止向所述第一逆变器输出电能，并通过所述第一投切装置控制外部电网向所述家庭负载供电，然后通过所述光伏控制器控制所述光伏组件向所述储能电池充电。

具体的，这里的第一预设值优选为储能电池总容量的20％，例如，当储能电池的总容量为100kW·h时，则第一预设值为20kW·h，以此实现储能电池浅充电，从而提升储能电池的使用寿命。

同时，在本发明提出的一种光伏储能电池管理系统的另一实施例中，所述控制模块还用于获取过去第一预设时间段(优选为1年)内的历史发电信息，并建立发电功率预测模型，所述历史发电信息包括历史时刻，以及与所述历史时刻对应的历史光照强度、历史温度和以所述历史时刻为起始点的第二预设时间段(优选为1小时)内的各时刻(这里的时刻间隔为1分钟)的历史发电功率。

所述控制模块还用于将所述历史时刻、所述历史光照强度和所述历史温度作为所述发电功率预测模型的输入值，将所述历史时刻为起始点的第二预设时间段内的各时刻的历史发电功率作为所述输出值以训练所述发电功率预测模型。

所述控制模块还用于每隔所述第二预设时间段将当前时刻、当前温度和当前光照强度输入所述发电功率预测模型，以得到当前时刻为起始点的所述第二预设时间段内的各时刻的发电功率；即得到当前时刻起接下来1小时内每分钟的发电功率(此发电功率为预测功率)。

所述控制模块还用于当所述电池剩余电量大于第二预设值(优选为储能电池总容量的80％)，且当前时刻为起始点的所述第二预设时间段内各时刻的发电功率中存在为0的发电功率时，通过所述光伏控制器控制所述光伏组件向所述家庭负载供电，然后通过所述第一投切装置控制外部电网向所述家庭负载供电。

具体的，当前时刻为起始点的未来1小时内各分钟的发电功率中存在为0的发电功率时，说明未来1小时有可能是进入夜间，或者遭遇到了光照强度比较低的阴天，且储能电池的剩余电量又大于80％，故此时可直接控制光伏组件向家庭负载供电(因此时储能电池已经不再需要充电)，但因光伏组件在未来1小时的发电功率可能会出现为0的情况，故还需要将外部电网给家庭负载供电，以防止光伏组件发电功率陡降而导致家庭负载缺乏电能。

同时，所述控制模块还用于当所述电池剩余电量大于所述第二预设值，且当前时刻为起始点的所述第二预设时间段内各时刻的发电功率中不存在为0的发电功率时，通过所述光伏控制器控制所述光伏组件向所述家庭负载供电，然后通过所述第一投切装置控制外部电网停止向所述家庭负载供电；所述第二预设值大于所述第一预设值。

具体的，当前时刻为起始点的未来1小时内各分钟的发电功率中不存在为0的发电功率时，说明未来1小时光伏组件的发电都比较稳定，且储能电池的剩余电量又大于80％，故此时可直接控制光伏组件向家庭负载供电(因此时储能电池已经不再需要充电)；又因未来1小时光伏组件的发电都比较稳定，故还可通过所述第一投切装置控制外部电网停止向所述家庭负载供电。

此外，所述控制模块还用于当所述电池剩余电量大于所述第二预设值，且当前时刻为起始点的所述第二预设时间段内各时刻的发电功率全部为0时，通过所述电池管理模块控制所述储能电池向所述第一逆变器输出电能，然后通过所述第一投切装置控制外部电网停止向所述家庭负载供电。

具体的，当前时刻为起始点的未来1小时内各分钟的发电功率全部为0，说明未来1小时全部进入夜间，光伏组件不再发电，故此时可直接通过储能电池向家庭负载供电，且通过所述第一投切装置控制外部电网停止向所述家庭负载供电，即外部电网不再向家庭负载供电，即全部通过储能电池来向家庭负载供电，以降低电费。

同时，所述控制模块还用于当所述电池剩余电量小于所述第一预设值，且当前时刻为起始点的所述第二预设时间段内各时刻的发电功率中存在为0的发电功率时，通过所述第一投切装置控制外部电网向所述家庭负载供电，然后通过所述电池管理模块控制所述储能电池停止向所述第一逆变器输出电能。

具体的，当前时刻为起始点的未来1小时内各分钟的发电功率中存在为0的发电功率时，说明未来1小时有可能是进入夜间，或者遭遇到了光照强度比较低的阴天；且电池的剩余电量小于20％，则此时光伏组件和储能电池均不能稳定的给家庭负载供电，故此时通过所述第一投切装置控制外部电网向所述家庭负载供电，以满足家庭负载的正常需求；并通过所述电池管理模块控制所述储能电池停止向所述第一逆变器输出电能，即停止储能电池向外界供电，以避免储能电池出现过度放电，从而保证储能电池的健康运行。

在本发明提出的一种光伏储能电池管理系统的另一实施例中，基于上述实施例，本光伏储能电池管理系统还包括第二逆变器和第二切换装置；所述第二逆变器电连接于所述光伏控制器，所述第二切换装置分别电连接于所述第二逆变器和外部电网；所述第二逆变器用于将来自所述光伏组件的直流电转换为交流电；所述第二切换装置用于将所述第二逆变器的输出电力与外部电网并网；所述控制模块与所述第二切换装置通信连接。通过设置第二切换装置和第二逆变器，以使得光伏组件可以直接向外部电网并网供电，以将多余的发电量并入外部电网，合理利于光伏电能，获取相关的经济收益。

此外，所述控制模块还用于获取过去所述第一预设时间段(即过去1年)内的每天的历史天气信息和对应的每天的发电量，并建立发电量预测模型；所述控制模块还用于将过去所述第一预设时间段内每天的历史天气信息作为所述发电量预测模型的输入值，将过去所述第一预设时间段内每天的发电量作为所述输出值以训练所述发电量预测模型，其中，所述天气信息为阴天、雨天和晴天中任一项。

所述控制模块还用于获取未来第三预设时间段(优选为7天)内每天的预测天气信息，并每隔一天将未来第三预设时间段内每天的预测天气信息输入所述发电量预测模型，以得到未来所述第三预设时间段内每天的预测发电量，以得到未来所述第三预设时间段的预测总发电量，即得到未来7天的预测总发电量。

所述控制模块还用于当所述预测总发电量低于第三预设值，且所述剩余电量值低于第四预设值时，通过所述电池管理模块控制所述储能电池在未来第三预设时间段内均停止向所述第一逆变器输出电能；所述第四预设值大于所述第一预设值。

具体的，这里的第三预设值表示7天内光伏组件发电量比较低的水平值，低于第三预设值，即说明未来7天光伏组件的发电量比较少，本实施例中，第三预设值优选为10kW·h。这里的第四预设值大于第一预设值，且接近第一预设值，本实施例中优选为储能电池总容量的30％，则第四预设值为30kW·h。

当光伏组件的未来7天的预测总发电量小于10kW·h，且储能电池的剩余电量低于30kW·h时，说明未来7天内光伏组件能够给储能电池进行充电的电量比较少，为了防止储能电池在未来7天内由于电量的自然损耗而降低值低于第一预设值(即20kW·h)，通过电池管理模块控制储能电池在未来第三预设时间段(7天)内均停止向第一逆变器输出电能，即未来7天均停止向外部供电，直至储能电池的剩余电量大于储能电池总容量的50％，或光伏组件的未来7天的预测总发电量大于10kW·h。

同时，所述控制模块还用于当所述预测总发电量低于第三预设值，且所述剩余电量值低于第五预设值时，通过所述光伏控制器控制所述光伏组件向所述储能电池充电；所述第五预设值小于所述第四预设值。

这里的第五预设值小于第四预设值，且接近第一预设值，本实施例中优选为储能电池总容量的25％，则第四预设值为25kW·h。

当光伏组件的未来7天的预测总发电量小于10kW·h，且储能电池的剩余电量低于25kW·h时，说明储能电池的电量已经逼近到了浅充电的下限值，需要及时对储能电池进行充电，故直接通过所述光伏控制器控制所述光伏组件向所述储能电池充电。

此外，所述控制模块还用于当所述预测总发电量高于第六预设值，且所述剩余电量值高于所述第二预设值时，通过所述电池管理模块控制所述储能电池向所述第一逆变器输出电能，然后通过所述第一切换装置控制外部电网停止向所述家庭负载供电，然后通过所述光伏控制器和所述第二切换装置控制所述光伏组件与外部电网并网。

具体的，这里的第六预设值表示7天内光伏组件发电量比较高的水平值，高于第六预设值，即说明未来7天光伏组件的发电量比较大，本实施例中，第六预设值优选为70kW·h。

当光伏组件的未来7天的预测总发电量大于70kW·h，且储能电池的剩余电量高于80kW·h时，说明未来7天光伏组件的发电量比较充沛，且储能电池的剩余电量也比较充足，故通过电池管理模块控制储能电池向第一逆变器输出电能(即通过储能电池向家庭负载供电)，然后通过第一切换装置控制外部电网停止向家庭负载供电，然后通过光伏控制器和第二切换装置控制光伏组件与外部电网并网，即将光伏组件的发出的电能向外部电网供电，以合理利用多余的电量，获取光伏发电的经济收益。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。