CN108121393A - 一种蓄电池充电最大功率点跟踪控制方法 - Google Patents

一种蓄电池充电最大功率点跟踪控制方法 Download PDF

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张喜军
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    • G05F1/66—Regulating electric power
    • G05F1/67—Regulating electric power to the maximum power available from a generator, e.g. from solar cell
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    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers

Abstract

本发明公开了一种蓄电池充电最大功率点跟踪控制方法，包括独立光伏系统、变步长扰动占空比控制、最大功率与阶段式结合充电三个部分。本发明能够根据各种能量状态智能地切换充电方式，能够提高光伏系统的效率，减少蓄电池损坏的可能性；对直流母线电压的控制由光伏控制电路和充电控制电路协调进行，保证了直流母线电压的稳定，有利于整个光伏发电系统的安全稳定运行。所采用的改进的最大功率跟踪控制算法能够很好地改善系统的稳定性的同时，跟踪速度也明显加快。

Description

一种蓄电池充电最大功率点跟踪控制方法
技术领域
本发明涉及一种蓄电池充电方法，尤其涉及一种蓄电池充电最大功率点跟踪控制方法。
背景技术
随着传统能源的日益枯竭，太阳能已经成为一种十分具有潜力的新能源，而光伏发电已成为当前利用太阳能的一种非常重要的方式。光伏发电的波动性、间歇性和不可准确预测性要求系统配合储能装置实现能量供需平衡。蓄电池是一种传统的能源转换效率较高的能源存储方式，独立光伏发电系统一般以蓄电池为储能装置，而这些储能蓄电池大部分不是专门为光伏系统设计的。
如何利用太阳能电池对铅酸蓄电池充电才能达到系统工作稳定、蓄电池寿命延长、成本低廉等目标，是光伏充电研究者必须充分考虑的一个问题。现有的常规的充电方法(恒流充电、恒压充电、阶段充电)，但这些充电方法无法遵循特定电池的固有充电接受率，不能针对不同工作需要做出不同的工作模式进行切换，极板损害大，能量损失多。智能充电方法，在充电过程中实时地采集电池单体的电压、电流、温度、压力等信号，应用智能控制算法如模糊控制理论，实现对多种电压等级和不同类型电池的智能充电。这种充电方法虽然在充电效率及均衡效果等方面具有很大优势，但智能充电算法复杂，并且智能充电器成本较高。蓄电池与超级电容混合储能的充电策略，使蓄电池能量密度大和超级电容器功率密度大的特点相结合，提高了储能系统的性能；但混合储能主要应用于长期的、大容量的电力储能场合，其控制方法也相对复杂。
发明内容
为了克服太阳能利用率较低的难题，本发明提出一种蓄电池充电最大功率点跟踪控制方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
蓄电池充电最大功率点跟踪控制方法，包括独立光伏系统、变步长扰动占空比控制、最大功率与阶段式结合充电三个部分。
所述独立光伏系统由光伏电池组件、功率变换器、蓄电池、控制器组成。
所述变步长扰动占空比控制能够很好地改善系统的稳定性，同时具有很好的动态响应，跟踪速度明显加快。
所述最大功率与阶段式结合充电实现最大功率跟踪，同时保证了直流母线电压的稳定。
本发明的有益效果是：本发明能够根据各种能量状态智能地切换充电方式，能够提高光伏系统的效率，减少蓄电池损坏的可能性；对直流母线电压的控制由光伏控制电路和充电控制电路协调进行，保证了直流母线电压的稳定，有利于整个光伏发电系统的安全稳定运行。所采用的改进的最大功率跟踪控制算法能够很好地改善系统的稳定性的同时，跟踪速度也明显加快。
附图说明
图1 独立光伏系统结构图。
图2 变步长扰动占空比控制流程。
图3 最大功率与阶段式结合充电。
图4 双向直流变换器控制框图。
具体实施方案
如图1所示，光伏阵列将太阳能转化为电能，功率变换器将电能转化为负载所需交、直流电，蓄电池储存能量，从而调节能量分配。独立系统不与电网连接，通过蓄电池储能调节能量平衡。该系统架构为直流母线分布式系统结构。系统将光伏阵列的直流输出电压通过DC/DC变换器进行最大功率跟踪，最大限度向直流母线输送能量；蓄电池通过双向DC/DC 变换器与直流母线相联接，有效地控制蓄电池的充放电，与光伏阵列协调工作，使系统负载稳定运行。
如图2所示，Vk为当前光伏电池输出电压；Ik为当前光伏电池输出电流；Pk为当前光伏电池输出功率；Dk为当前最大功率控制器的占空比；w为符号位，决定着占空比的变化方向；决定着系统的柔韧性，其实际控制要求由系统特性决定取值。
如图3所示，最大功率充电和阶段充电相结合的充电方式，能够有效保证了直流母线电压的稳定，使蓄电池的充放电过程适用于独立光伏系统中。
如图4所示，电流iL为双向变换器的电感电流，即蓄电池的充放电电流；G1（S）为PWM脉宽调制器的传递函数；Vref为参考母线电压；G2（S）为主控开关的占空比至双向变换器电感电流的传递函数。
蓄电池充电时，双向变换器工作于Buck模式，主要包括3种状态：1）最大功率充电；2）最大电流限流充电；3）恒压充电。3 种状态的智能切换是通过低值选择来实现的。
工作模式1：当蓄电池的充电电流Ibat不大于过充电流Imax，并且蓄电池电压Vbat 未达到过充电压Vmax 时，蓄电池处于最大功率充电模式。调节器输出正的饱和值，充电电流为负责直流母线电压控制的调节器通过对母线电压调节得到的电流参考值Iref (且Iref1＜Imax)，此时光伏阵列进行最大功率跟踪控制以最大限度地利用太阳能。
工作模式2：当蓄电池充电电流Ibat达到过充电流IMAX并且蓄电池电压vmax未达到过充电压vmax时，蓄电池进行限流充电控制。
工作模式3：当蓄电池电压Vbat达到过充电压Vmax 时，负责蓄电池充电管理的控制器PI1输出的电流参考值Iref2小于Iref1，该蓄电池侧电压环产生作用，变换器实现双环控制的恒压充电，此时光伏阵列处于恒压控制模式。

Claims (4)

1.一种蓄电池充电最大功率点跟踪控制方法，其特征在于：包括独立光伏系统、变步长扰动占空比控制、最大功率与阶段式结合充电三个部分。
2.如权利要求1所述的蓄电池充电最大功率点跟踪控制方法，其特征在于所述独立光伏系统由光伏电池组件、功率变换器、蓄电池、控制器组成。
3.如权利要求1所述的蓄电池充电最大功率点跟踪控制方法，其特征在于所述变步长扰动占空比控制能够很好地改善系统的稳定性，同时具有很好的动态响应，跟踪速度明显加快。
4.如权利要求1所述的蓄电池充电最大功率点跟踪控制方法，其特征在于所述最大功率与阶段式结合充电实现最大功率跟踪，同时保证了直流母线电压的稳定。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114123449A (zh) * 2021-11-26 2022-03-01 华能清能通榆电力有限公司 一种独立光伏发电储能系统及能量管理方法
WO2023000580A1 (zh) * 2021-07-22 2023-01-26 漳州科华技术有限责任公司 能量路由控制方法及装置、能量路由系统
CN117353418A (zh) * 2023-10-09 2024-01-05 南方电网调峰调频(广东)储能科技有限公司 储能电站参与辅助服务市场运行功率的控制方法

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Application publication date: 20180605

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