混合儲(chǔ)能的獨(dú)立光伏系統(tǒng)充電控制研究
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3 充電控制方案
如果光伏電池的輸出功率大于負(fù)載吸收的功率，則在滿足負(fù)載的同時(shí)，總是先利用多余的電能將蓄電池充滿，之后再考慮對(duì)超級(jí)電容進(jìn)行充電；如果光伏電池的輸出功率小于負(fù)載吸收的功率，則優(yōu)先由超級(jí)電容輔助供電，只有在超級(jí)電容的電量低于某個(gè)值后，蓄電池才接入系統(tǒng)開(kāi)始供電。歸納起來(lái)，系統(tǒng)共有以下6種運(yùn)行模式：
模式1 光伏電池輸出功率大于負(fù)載功率，蓄電池和超級(jí)電容的電量接近100％。此時(shí)斷開(kāi)蓄電池，由光伏電池直接向負(fù)載供電；超級(jí)電容接入電路，以提高系統(tǒng)峰值功率，減小輸出電流脈動(dòng)。
模式2 光伏電池的輸出功率大于負(fù)載功率，蓄電池的電量接近100％，超級(jí)電容的電量不滿。此時(shí)光伏電池向負(fù)載供電的同時(shí)為超級(jí)電容充電，蓄電池保持?jǐn)嚅_(kāi)。
模式3 光伏電池的輸出功率大于負(fù)載功率，蓄電池和超級(jí)電容均未充滿。此時(shí)，秉著蓄電池先充后放的原則，光伏電池向負(fù)載供電的同時(shí)為蓄電池充電，斷開(kāi)超級(jí)電容以盡快使蓄電池達(dá)到滿電狀態(tài)。待蓄電池充滿后系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入模式2。
模式4 光伏電池的輸出功率小于負(fù)載功率，超級(jí)電容的電量高于閾值(此處設(shè)置為25％)。此時(shí)由光伏電池和超級(jí)電容共同向負(fù)載供電，蓄電池保持?jǐn)嚅_(kāi)。
模式5 光伏電池輸出功率小于負(fù)載功率，超級(jí)電容的電量低于閾值，蓄電池的電量高于閾值(此處設(shè)置為30％)。此時(shí)蓄電池接入電路，由光伏電池、超級(jí)電容和蓄電池共同為負(fù)載供電。
模式6 光伏電池輸出功率小于負(fù)載功率，蓄電池的電量低于閾值。此時(shí)系統(tǒng)無(wú)法為負(fù)載提供足夠的功率，需斷開(kāi)負(fù)載以保護(hù)蓄電池和負(fù)載，防止系統(tǒng)工作異常。
理論上系統(tǒng)還存在著其他運(yùn)行狀態(tài)，如光伏電池輸出功率小于負(fù)載功率，超級(jí)電容的電量高于25％，而蓄電池電量低于30％的情況。這些狀態(tài)在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)不會(huì)出現(xiàn)，在此不再單獨(dú)列出。但在系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)時(shí)需將所有理論上可能出現(xiàn)的狀態(tài)加以考慮，以保證系統(tǒng)在進(jìn)入異常狀態(tài)后能自動(dòng)回到6種正常的工作模式下運(yùn)行。
4 充電模式
由上述分析可知，在同一時(shí)刻，系統(tǒng)只會(huì)對(duì)蓄電池和超級(jí)電容中的一個(gè)進(jìn)行充電。因此在充電控制時(shí)可充分考慮兩種儲(chǔ)能器件各自的性能特點(diǎn)，分別使用不同的充電方式且不會(huì)相互影響，從而提高系統(tǒng)的充電效率。
4．1 蓄電池
蓄電池的充電方式直接影響系統(tǒng)效率以及蓄電池本身的使用壽命，目前常用的充電方式主要有恒流充電、恒壓充電、階段充電和脈沖式充電等。他們都有各自的特點(diǎn)和適用范圍。此處采用的是應(yīng)用較廣泛的階段式充電法。
以12 V，1．5 Ah蓄電池充電過(guò)程為例，其充電過(guò)程如圖3所示。本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/168376.htm
充電初期，蓄電池一般處于低荷電狀態(tài)，若直接使用恒壓充電，充電電流高達(dá)40 A以上，容易造成蓄電池極板彎曲，以及極板上活性物質(zhì)脫落，進(jìn)而縮短電池的壽命。因此應(yīng)首先采用恒流充電方式，以限制系統(tǒng)的充電電流。在蓄電池儲(chǔ)存了一定電量，電動(dòng)勢(shì)有所升高后，系統(tǒng)將充電電壓穩(wěn)定在14．1 V，進(jìn)入恒壓充電的第2階段。恒壓充電方式的充電過(guò)程更接近蓄電池的最佳充電曲線，既擁有較高的充電速率，又不損害蓄電池的容量和壽命。與此同時(shí)，保持電壓恒定還可避免蓄電池在充電末期因內(nèi)阻升高產(chǎn)生高電壓，從而減少析氣的發(fā)生。在蓄電池達(dá)到指定電壓后，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)入第3階段，對(duì)蓄電池施加一個(gè)略高于額定值的電壓，以很小的電流對(duì)蓄電池進(jìn)行浮充電，用于彌補(bǔ)蓄電池自放電造成的電量損失。
評(píng)論