[發(fā)明專利]一種基于改進(jìn)MPPT方法與蓄電池自平衡快速充電耦合控制的光伏發(fā)電系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910298006.4
• 申請(qǐng)日: 2019-04-15
• 公開（公告）號(hào): CN109888834B
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高林朝;郝慶英;趙嚴(yán)初;賀立三;謝毅;丁鳴;賈兵;胡國華;張強(qiáng);肖菊;白玉紅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河南省科學(xué)院能源研究所有限公司
• 主分類號(hào): H02J3/38
• 分類號(hào): H02J3/38;H02J7/35;H02J9/06
• 代理公司: 鄭州聯(lián)科專利事務(wù)所(普通合伙) 41104
• 代理人: 時(shí)立新

本發(fā)明公開了一種改進(jìn)型MPPT方法與蓄電池自平衡快速充電耦合控制的光伏發(fā)電系統(tǒng)，屬太陽能光伏發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。本系統(tǒng)裝置包括太陽能光伏方陣、控制器、逆變器、儲(chǔ)能蓄電池組、方陣支架、交流配電器、輸電線纜和用電負(fù)載等。控制器分別與光伏方陣、蓄電池組、直流負(fù)載和逆變器相連接，逆變器的輸出端接交流負(fù)載。本發(fā)明提出了一種適用于中小型光伏發(fā)電系統(tǒng)的兼顧精度、速度和成本的自適應(yīng)變步長逐步逼近擾動(dòng)觀察最大功率跟蹤及其與蓄電池恒壓限流自平衡快速充電耦合控制方法，既實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確地最大功率點(diǎn)跟蹤，又使光伏系統(tǒng)對(duì)蓄電池輸出平均充電電流的瞬時(shí)變化更符合蓄電池當(dāng)前的充電狀態(tài)，能夠提高蓄電池組的荷電水平，使蓄電池長期工作在欠充的狀況得以改善，延長蓄電池的總循環(huán)壽命，提高光伏發(fā)電系統(tǒng)能量利用效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，特別是涉及一種改進(jìn)的最大功率點(diǎn)跟蹤方法與蓄電池自平衡快速充電耦合控制的光伏發(fā)電系統(tǒng)，屬太陽能光伏發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。

技術(shù)背景

光伏發(fā)電作為一種重要的分布式電源技術(shù)得到了快速發(fā)展，獨(dú)立或并網(wǎng)光伏電站的建設(shè)數(shù)量和容量不斷增加。光伏發(fā)電系統(tǒng)一般由太陽能電池組件、蓄電池、控制器、逆變器及用電負(fù)載等部件構(gòu)成。太陽能電池吸收日照輻射能量，將太陽光能轉(zhuǎn)化成為電能，為系統(tǒng)提供電源，一路通過控制器，用于直流負(fù)載；另一路通過控制器與逆變器將光伏方陣輸出的直流電轉(zhuǎn)換為交流電給負(fù)載供電。由于太陽能電池的I-V與P-V非線性特征，光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率隨日照強(qiáng)度和溫度變化而不同，相應(yīng)的最大功率點(diǎn)也不同。日照越強(qiáng)，光伏系統(tǒng)輸出的功率越大；太陽能電池本身溫度越高，光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出功率越小。在特定日照強(qiáng)度和溫度條件下，光伏系統(tǒng)具有唯一的最大輸出功率點(diǎn)，而光伏系統(tǒng)只有工作在最大功率點(diǎn)才能使其輸出的功率最大。因此，為了最大限度高效利用太陽能發(fā)電，必須對(duì)光伏方陣的最大功率點(diǎn)實(shí)時(shí)跟蹤，即根據(jù)日照強(qiáng)度的變化實(shí)時(shí)地調(diào)節(jié)輸出電壓和頻率，實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤。

MPPT的實(shí)質(zhì)就是一個(gè)自尋優(yōu)過程，最大功率點(diǎn)跟蹤算法依據(jù)不同的實(shí)現(xiàn)方法，大概可以將其歸納為以下幾種方法：恒定電壓法、干擾觀察法、電導(dǎo)增量法、間歇掃描法，各種跟蹤方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。例如，干擾觀察法是根據(jù)光伏陣列的 P-V輸出，觀察比較輸出功率值。基本思路是通過改變光伏電池陣列的輸出電壓，并實(shí)時(shí)采樣輸出電壓和電流，計(jì)算輸出功率，然后與前一次所得的功率相比較。如果大了，說明擾動(dòng)方向是正確的，維持原來的方向；如果比原來的功率小了，說明輸出功率降低了，應(yīng)使光伏電池的輸出電壓減少，如此反復(fù)的擾動(dòng)、觀察比較，使光伏電池陣列最終工作在最大功率點(diǎn)上。

擾動(dòng)法由于結(jié)構(gòu)簡單、被測(cè)參數(shù)少等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用，但傳統(tǒng)的擾動(dòng)法存在著一個(gè)缺點(diǎn)，即固定步長對(duì)跟蹤精度和跟蹤速度無法同時(shí)兼顧，如果步長過小，就會(huì)導(dǎo)致光伏陣列長時(shí)間地滯留在低功率輸出區(qū)，跟蹤速度就必定緩慢；如果步長過大，就會(huì)加大系統(tǒng)最大功率點(diǎn)附近的振蕩幅度，導(dǎo)致一定的功率損失，使跟蹤精度下降。另外，MPPT方法的實(shí)現(xiàn)通常由主控電路微處理器單一控制，向儲(chǔ)能蓄電池充電通常也是由雙向DC/DC電路單一控制，而結(jié)合蓄電池充電特性、實(shí)時(shí)與儲(chǔ)能蓄電池荷電水平相適應(yīng)的耦合控制較少，致使光伏發(fā)電系統(tǒng)能量利用率不高，蓄電池也因欠充實(shí)際使用壽命大大縮短。針對(duì)于此，本發(fā)明提出了一種基于閉區(qū)間套定理的改進(jìn)型自適應(yīng)變步長擾動(dòng)觀察法，并與蓄電池的充放電特性結(jié)合，實(shí)現(xiàn)MPPT方法與蓄電池自平衡快速充電耦合控制。

蓄電池充電管理要解決的是快速、高效、析出氣少、動(dòng)態(tài)過充、欠充保護(hù)等。對(duì)于獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)，日照時(shí)間是無法人為調(diào)節(jié)的，而光伏方陣的容量也由系統(tǒng)的投資所限制，僅用常規(guī)的充電策略不能達(dá)到高效利用的目的。如果光伏方陣輸出不足以提供蓄電池在當(dāng)前充電情況下的充電所需能量時(shí)，光伏方陣MPPT方式的能量能全部利用。相反，光伏方陣輸出能量超過蓄電池在當(dāng)前充電情況下的充電所需能量時(shí)，光伏方陣就不能運(yùn)行在MPPT方式上，太陽能將沒有得到充分利用，造成浪費(fèi)。這在光伏方陣容量設(shè)計(jì)相對(duì)偏大的系統(tǒng)中或在一段時(shí)間日照情況相對(duì)較好時(shí)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)這種情況。因此，蓄電池有時(shí)不能吸收全部能量，并且可能由于充電速度慢，到最后蓄電池并未充滿。如果能找到一種方法，使光伏方陣MPPT方式與蓄電池快速充電耦合控制，既能使蓄電池快速充滿電，又能充分利用太陽能電池發(fā)電效能，提高能量利用率。