独立光伏系统中蓄电池管理的研究

在能源枯竭与环境污染问题日益严重的今天，光伏利用成为世界各国争相发展的热点。因而光伏并网发电与独立光伏系统得到迅速地发展，特别是能为偏远用户提供电力的独立光伏系统成为国家投资的重点。 本论文以使用最为普遍及优选的阀控铅酸蓄电池(VRLA)的独立光伏系统为研究对象，为提高系统的性价比，从蓄电池的充电、放电、容量预测及维护等方面进行深入探讨和研究。主要研究如下： 1．综述国内外独立光伏系统发展现状。 2．分析了蓄电池充、放电过程中电化学反应机理，研制了一套蓄电池充、放电容量测试系统。 3．对各种铅酸蓄电池充电方式进行了分析，对其在光伏系统的应用的可行性加以阐述，同时对光伏系统中的充电控制技术(包括阵列的最大功率点跟踪技术)进行了研讨。 4．详细分析了蓄电池容量影响的因素，对各种蓄电池容量预测方法(模型)进行探讨。 5．提出在独立光伏系统中采用“马斯定律”可接受充电电流和太阳能光伏阵列最大功率跟踪相结合的方法，对系统中VRLA蓄电池进行高效充电管理，并采用模糊递阶控制技术来实现去极化控制，实现系统能量最大利用。采用此技术有效地降低了多模糊输入变量规则过多的问题，并且控制效果不降低。 6．提出了阵列MPPT控制简单的测试方法，并对此方法进行了验证。 7．提出了在独立光伏系统中采用开路电压预测和基于蓄电池“健康状态”的模糊预测相结合的容量预测方法，使容量预测速度和精度比传统的预测方法都得到提高，为充电管理提供可靠的充电依据。 8．结合独立光伏系统中蓄电池工作特点，提出了对蓄电池组的充、放电管理的有效方法：①采用分小组方法实现蓄电池小组进行均充、均放和快速充电；②在光伏发电充足时对落后蓄电池进行容量恢复维护；③给出在当前环境与负载条件下，蓄电池组所能持续工作的时间；④同时适当时候采用维护充电，以延长电池寿命。 9．设计出用于阵列MPPT的DC／DC电路和具有蓄电池分组充、放电电路。 10．设计出基于一片MSP430F147单片机为核心集阵列MPPT控制、蓄电池容量预测及充、放电控制器于一体的独立光伏系统能量管理系统。 11．给出了对阵列MPPT控制、蓄电池容量预测及充、放电控制等功能及控制策略的实现程序设计。 最后给出了实验结果及分析，证明系统的控制方法与策略具有一定的先进性。