[發(fā)明專利]一種應(yīng)用于獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)的高效光伏充電控制方法

無效

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• 申請日: 2011-08-15
• 公開（公告）號: CN102290840A
• 公開（公告）日: 2011-12-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馮仁劍;盧曉東;吳銀鋒;萬江文
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實專利事務(wù)所 11121
• 代理人: 趙文利

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光伏發(fā)電領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用于獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)的高效光伏充電控制方法。

背景技術(shù)

太陽能作為一種新型能源，以資源豐富、清潔環(huán)保、受地域限制小等優(yōu)點，已得到廣泛的應(yīng)用，其中光伏發(fā)電顯得尤為突出。但是，目前獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)中蓄電池使用壽命短、充電效率低的問題比較突出。

充電控制方法是充電控制器的核心，它的好壞直接影響?yīng)毩⒐夥l(fā)電系統(tǒng)中蓄電池的壽命以及系統(tǒng)的工作效率。在獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)中常用的充電方法有恒流充電、恒壓充電、3階段充電、慢脈沖充電等方法。恒流充電在充電后期容易析出氣體影響蓄電池的質(zhì)量和壽命；恒壓充電在充電前期同樣會析出氣體；慢脈沖充電雖然是一種利用大電流快速充電的方法，但是當(dāng)光伏電池輸出的功率有限時，達(dá)不到預(yù)期的充電效果；3階段充電法包括恒流、恒壓、恒流3個階段，該方法避免了恒壓、恒流充電時析氣的缺點，而且效率較高，因此比較適合于中小功率的獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)，但系統(tǒng)容易長時間工作在過放狀態(tài)，導(dǎo)致蓄電池的活性降低，直接影響蓄電池的工作壽命。

光伏電池陣列的輸出具有強烈的非線性，在特定環(huán)境下存在著唯一的最大功率點，并且隨著日照強度和電池溫度的改變，最大功率點不斷變化。為了充分利用光伏電池所轉(zhuǎn)化的能量，就存在一個最大功率點跟蹤(Maximum?Power?Point?Tracking，MPPT)的問題。工程實踐中實現(xiàn)最大功率點跟蹤常用的方法有：恒定電壓法、擾動觀測法和電導(dǎo)增量法。恒定電壓法控制簡單，但這種控制方式忽略了溫度的影響，僅適用于對控制精度要求不高的情況下；電導(dǎo)增量法控制效果較理想，但其算法實現(xiàn)時需要反復(fù)微分運算，計算量大，對控制器、傳感器要求較高，不適合應(yīng)用于低成本的獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)中；擾動觀測法能快速準(zhǔn)確進(jìn)行MPPT控制，但是系統(tǒng)必須引入擾動，尋優(yōu)的最后結(jié)果是系統(tǒng)在最大功率點附近來回振蕩，跟蹤精度和響應(yīng)速度無法兼顧，在日照、溫度急劇變化時容易發(fā)生誤判。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)中蓄電池使用壽命短、充電效率低的問題，本發(fā)明提出一種應(yīng)用于獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)的高效光伏充電控制方法。

一種應(yīng)用于獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)的高效光伏充電控制方法，包括MPPT充電、恒壓充電、浮充電三個階段，具體為：

一、MPPT充電

首先根據(jù)蓄電池狀態(tài)確定蓄電池的充滿電壓設(shè)定值，然后通過最大功率點跟蹤方法改變充電脈沖占空比，使光伏電池輸出功率達(dá)到最大，對蓄電池進(jìn)行快速充電，直到蓄電池電壓上升到充滿電壓設(shè)定值，此時蓄電池荷電系數(shù)為100％；

二、恒壓充電

當(dāng)蓄電池荷電系數(shù)達(dá)到100％后，調(diào)整充電脈沖占空比，對蓄電池進(jìn)行恒壓充電，使其電壓維持在蓄電池的充滿電壓設(shè)定值附近，直至恒壓充電定時器計時結(jié)束；

三、浮充電

恒壓充電完成后，將充電目標(biāo)電壓調(diào)整為浮充電壓，對蓄電池進(jìn)行浮充電，使其電壓維持在浮充電壓附近，保持電量的飽滿；

在恒壓充電和浮充電充電的階段，若負(fù)載電流大于充電電流，則蓄電池電壓設(shè)定值無法維持，若蓄電池電壓降至提升恢復(fù)電壓以下，蓄電池將重新進(jìn)行MPPT充電。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：

(1)本發(fā)明的高效光伏充電控制方法包括MPPT、恒壓、浮充三個階段，其中恒壓充電階段分為提升充電和均衡充電兩種。

MPPT充電階段充分利用了光伏電池所轉(zhuǎn)化的電能，提高了充電效率，避免蓄電池長時間處于過放狀態(tài)；恒壓充電和浮充電既保證了蓄電池的完全充電，又能盡量減少蓄電池析氣和失水。

獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)中，蓄電池經(jīng)常處于過放狀態(tài)。對于過放的蓄電池，適當(dāng)?shù)木獬潆娍梢詳噭与娊赓|(zhì)，引起蓄電池電極的去極化反應(yīng)，從而使蓄電池工作在最佳狀態(tài)，壽命得到有效延長。

(2)本發(fā)明的最大功率點跟蹤方法，通過采樣開路電壓后進(jìn)行最大功率點預(yù)判，大大提高了系統(tǒng)初始工作時的最大功率點跟蹤的速率，實驗條件下，最大功率點跟蹤時間不超過15s；通過變步長尋優(yōu)，解決了自尋優(yōu)算法跟蹤精度和響應(yīng)速度之間的矛盾；通過連續(xù)擾動五點后的判斷，消減了天氣條件快速變化時的誤判；并通過尋優(yōu)結(jié)束后的滯后比較，使系統(tǒng)在最大功率點附近的震蕩得到了有效緩解。通過Topcon公司的SASController系統(tǒng)測試，本發(fā)明的靜態(tài)最大功率點跟蹤效率在99％以上，動態(tài)最大功率點跟蹤效率在95％以上。

(3)本發(fā)明通過能量控制，實時檢測蓄電池電壓和充電電流，通過改變充電脈沖占空比、開關(guān)充電回路，防止蓄電池過充電或過放電，保護(hù)蓄電池并延長其使用壽命。

附圖說明