新型独立太阳能发电系统.docVIP

新型独立太阳能发电 一、开发理由 如今随着太阳能光伏技术的日趋完善，太阳能光伏应用已经在全世界范围内大量使用。但是 在独立太阳能发电系统中，为了降低成本、提高效率和可靠性，既要使光伏电池输出最大功率，又要使蓄电池正确充放电，同时还要最大限度地利用所发电能。在目前的光伏系统中，这三者的实现存在矛盾，通常只顾及到一个方面，如只追踪光伏电池最大功率点而放弃蓄电池的最佳充放电，从而限制了系统的效率和寿命。一套高效充放电，提出相应的控制策略。本系统真正实现了在光伏电池最大功率输出下对蓄电池进行最佳充放电。在负载不变的情况下，就需要系统同时调节充电电流来协调光伏电池最大功率跟踪，这样才能实现光伏电池最大功率输出。为了实现光伏电池最大功率输出时对蓄电池进行最佳充放电，负载确定后，控制器同时同方向调整DC/DC变换器和充电器的占空比，实现最佳充电，也使放电的蓄电池按最佳放电电流放电系统运行灵活，高效可靠，整体寿命得到提高 1、系统技术要点： 本技术是一种新型充放电电路，采用动态功率跟踪匹配法加以控制。即根据实时功率差，动态地匹配充放电的蓄电池容量(蓄电池个数)，也就是动态地变换系统结构，从而实现最佳充放电。系统电路如图所示，光伏电池经DC/DC变换器与负载和充电电路相连。负载可以变化。充电电路由直流母线和多个蓄电池充电单元组成，每个充放电单元包括双向DC/DC变换电路Hn和蓄电池Bn两部分。双向DC/DC变换电路如图5所示，蓄电池侧为低压侧，能够实现升压和降压[6]。该双向变换电路能实现高低压侧的有效电气隔离，效率高，控制灵活。与传统光伏系统相比，本系统运行灵活，高效可靠，整体寿命得到提高；另一个很大的优点是，容易进行规模扩充，易实现模块化系统集成，能够较好地解决蓄电池在目前的光伏发电系统中所面临的问题。由于蓄电池组容量是可以灵活变化的，所以，需要扩充规模时，只需增加光伏电池板、增加并联的DC/DC变换器数目、增加蓄电池充电单元、更改控制软件程序即可。 图 系统电路图 图 双向DC/DC变换器 本真正实现了在光伏电池最大功率输出下对蓄电池进行最佳充放电。光伏电池的最大功率点电压、电流在不同的情况下是变化的。所以，在负载不变的情况下，就需要系统同时调节充电电流来协调光伏电池最大功率跟踪，这样才能实现光伏电池最大功率输出。为了实现光伏电池最大功率输出时对蓄电池进行最佳充放电，负载确定后，控制器同时同方向调整DC/DC变换器和充电器的占空比D，实现最佳充电，也使放电的蓄电池按最佳放电电流放电。在光伏电池运行于最大功率点的前提下，本系统方案包括： 1）规定负载的最高限值，保证蓄电池能完成晚间或阴天的单独供电。 2）充电时，同时调节光伏工作点跟踪DC/DC变换器和双向DC/DC变换器，由其动态地确定需充电蓄电池数； 3）放电时，同样要判断光伏输出功率和负载功率的最大差，以此来确定参加放电的蓄电池数； 4）充放电都要维持蓄电池的最佳充放电模式。 从图可以看出，直流母线电压和DC/DC变换器输出电压及负载输入电压相等，总充放电电流ic为DC/DC变换器输出电流与负载电流之差。设DC/DC变换器输出电压uo，输出电流io，输出功率po，负载电流iL，负载功率pL，总充电电流ic，各充放电单元高压侧电流icn，低压侧电流icn′，蓄电池电压uBn，（n为充放电单元的个数），则 Po=uoio，PL=uoiL（1） ic=io－iL=icn（2） 另外，对于双向DC/DC变换器，由功率守恒得出 u1i1=u2i2（3） 又占空比D=ton/T，则 （4） icn=i1=i2=icn′（5） ic=icn′（6） 式中：Dn为第n个充电器的开关占空比，充电时为高压侧开关，放电时为低压侧开关。 所以，测得icn′后即可得到icn，得到Ic。这样，控制器实时采集io，uo，iL，icn′，各蓄电池端电压uBn等各数据，得出控制命令和保护措施。 充放电流程图如图所示。充放电之前，控制器将满荷电和已被开启充放电的蓄电池从荷电量序列中去掉。然后按照各个蓄电池荷电多少对其余电池进行排列，将荷电量不满且缺量最多的蓄电池Bmax作为第一个充电的电池，然后依次确定充电次序。充电器先从第一个开始充电，即先将第一个充电器与DC/DC变换器一起进行协调控制。当第一个充电器的充电电流达到其蓄电池的最佳充电电流时，转入保护充电模式，对其开始进行恒流充电。在蓄电池端电压达到水解电压（一般为2.3V/单体，高于此值便开始出现电池酸液水解现象）时，转为恒压保护充电，并对过充电压值进行温度补偿，温度补偿系数取－4mV/℃，直至充满。然后按照上述所说方法开启第二个充电器，将其添加到被