一种独立光伏电站蓄电池管理方法与流程

本发明涉及一种蓄电池管理方法，尤其涉及一种独立光伏电站蓄电池管理方法。

背景技术：

太阳能具有随机和间断的特性，独立式光伏发电系统要实现连续稳定的电力供应，需采用必要的能源存储设备。蓄电池是一种传统的能源转换效率较高的能源存储方式，与光伏电池相比，蓄电池的初始投资成本相对较低，使用寿命较短。从蓄电池使用的角度来讲，影响蓄电池使用寿命的因素主要有：过充，过放，欠充，长期处于低荷电状态(State of Charge, SOC)等。

在光伏系统中蓄电池充放电次数频繁，与常作为备用电源在一般应用领域(例如邮电和常规电力系统)应用的情况相比，其使用具有了一些新特点：(1)由于光伏发电系统中光伏电能的有限性、随机性和间断性以及负载需求的随机性，光伏电能难以持续满足传统蓄电池充电规律(恒流充电、恒压充电、两阶段充电、三阶段充电等)的要求；(2) 光照的季节性变化和连续阴天易造成蓄电池的深度放电且过放后也难以在短期内再次充满，从而使其长期处于低SOC 状态。因此，光伏系统中，不恰当的蓄电池管理策略将大大缩短蓄电池的预期寿命，成为光伏系统中最易损坏的部分。

技术实现要素：

为了克服光伏电站系统故障和失效原因常由蓄电池造成的难题，本发明提出一种独立光伏电站蓄电池管理方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：为了实现独立光伏电站系统中蓄电池的优化管理, 有效地延长其工作寿命, 提出了基于混合型模糊PID 控制算法的分段式蓄电池充电策略。该策略将蓄电池的充电分为恒流充电、恒压均充和恒压浮充3 个阶段, 浮充电压可根据电池温度进行实时补偿。

独立光伏电站蓄电池管理方法包括：分段式充电、浮充电压补偿、欠压保护和控制器四个部分。

所述分段式充电可以分为恒流充电、恒压均充和恒压浮充3 个阶段，有利于延长蓄电池的工作寿命、提高充电效率以及光伏电站系统的可靠性。

所述浮充电压补偿根据电池温度对蓄电池的浮充电压进行实时补偿, 避免高温过充电和低温欠充电。

所述欠压保护当电池放电至终止电压时控制器会及时切断用电负载, 同时发出声光告警, 以防止蓄电池深度放电。

所述控制器以C8051F021单片机为控制和检测核心，利用IGBT 作为斩波器件, 从而实现蓄电池的优化管理和光伏电站的运行监测。

本发明的有益效果是：蓄电池的优化管理, 有效地延长其工作寿命,控制器完全实现了独立光伏电站蓄电池的优化管理, 并且系统成本低、抗干扰能力强、使用维护方便, 有利于提高光伏电站的自动化水平。系统自投入运行以来, 取得了良好的效果, 完全能满足光伏电站无人监控的需要。

附图说明

图1 混合型模糊PID控制。

图2 系统主电路。

具体实施方式

系统可控制进行恒流、恒压均充、浮充状态的转换，从而实现蓄电池的优化管理。A恒流阶段：先采用0.1C的恒定电流对蓄电池进行充电, 其中C为10 h放电率时蓄电池的额定容量，随着充电的不断进行蓄电池电压会逐渐升高。B恒压均充阶段：当充电电压达到均充电压时，转为恒压均充充电，这时蓄电池的充电电流会逐渐减小。C浮充阶段:当充电电流小于0.01C时，启动定时(2～3 h，可设定)，定时到，则转浮充，浮充电压根据电池温度进行实时补偿。将定时功能与电流判据结合起来，控制均、浮充的转换，可避免蓄电池的过充或欠充。

温度和浮充电压的变化会给铅酸蓄电池带来严重危害。控制器必须根据电池温度对蓄电池的浮充电压进行实时补偿，避免高温过充电和低温欠充电，使蓄电池在各种温度环境下都能保持满容状态。控制器采用了线性补偿方式，先对蓄电池温度进行实时监测，然后相应地调整蓄电池浮充电压，从而达到了浮充电压温度补偿的目的。

恒流充电是按偏差的比例、积分和微分线性组合进行控制的，它是在获取对象数学模型的基础上，根据某一整定原则，适当地整定PID 的Kp 、Ki 、Kd 3 个参数，可以获得比较满意的控制效果。

图1中，r为系统给定值，y为实际输出值， e 为r和y之间的偏差，K1 、K2为比例系数，为模糊控制器的输出，为PID 控制器的输出，为混合型模糊PID 控制器的总输出。当系统的偏差较大时，积分系数和比例系数较大;当系统的偏差较小时，积分系数和比例系数也较小。这种控制方式既可保证系统的动态响应速度, 又能满足一定的稳态精度。

图2中，分别为电压给定值与实际输出值，分别为电流给定值与实际输出值。当恒流或恒压充电时, 分别将蓄电池的充电电流或充电电压作为反馈信号进行闭环控制。系统设定值与实际值相比较得误差e ，经混合型模糊PID 控制器调节后，通过实时改变单片机C8051F021 输出PWM 控制信号的占空比，再经光耦隔离驱动控制IGBT 功率器件的导通和关断，进行DC/DC 斩波降压，改变系统输出电压的大小，从而实现了恒流或恒压充电功能。