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風(fēng)光發(fā)電蓄電池充放電控制器設(shè)計

文檔作者：張宇1 姜牧林2 文檔來源： 1.浙江創(chuàng)聯(lián)信息技術(shù)股份有限公司 2.長春理工大學(xué)光電信息學(xué)院		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年12月17日
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數(shù)控技術(shù)數(shù)字技術(shù)
與應(yīng)用
9
1 引言
風(fēng)光發(fā)電是新能源和可再生能源的重要組成部分,被認(rèn)為是當(dāng)
前世界上最有發(fā)展前景的新能源技術(shù)。在獨立運行的風(fēng)、光發(fā)電系
統(tǒng)中,必須配備貯能蓄電池,蓄電池起著儲存和調(diào)節(jié)電能的作用。當(dāng)
日照充足或風(fēng)力很大而產(chǎn)生的電能過剩時,蓄電池將多余的電能貯
存起來;當(dāng)系統(tǒng)發(fā)電量不足或負(fù)載用電量大時,蓄電池向負(fù)載補(bǔ)充
電能,并保持供電電壓的穩(wěn)定。
隨著獨立型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和光伏/風(fēng)力
混合發(fā)電系統(tǒng)容量的不斷增加,電力管理系統(tǒng)對系統(tǒng)運行狀態(tài)及運
行方式合理性的要求也越來越高,系統(tǒng)的安全性也更加突出,其重
要性也有味突出。本設(shè)計實現(xiàn)了蓄電池充放電自動控制、保護(hù)和監(jiān)
測功能。
2 風(fēng)光發(fā)電主控系統(tǒng)
主控單元采用集中控制和數(shù)據(jù)集中處理的方式,通過人機(jī)對話
方式實現(xiàn)參數(shù)設(shè)置和數(shù)據(jù)讀取?？刂破饔娠@示單元、設(shè)置單元、數(shù)據(jù)
采集單元、控制單元、存儲單元、通信單元組成。風(fēng)光發(fā)電主控系統(tǒng)
框圖如圖1所示。
其中,充放電控制電路受中央處理器控制,完成蓄電池的充電
和放電自動檢測和控制功能。
直流模塊的作用是保護(hù)蓄電池過度放電而導(dǎo)致?lián)p壞的裝置。通
過檢測系統(tǒng)電壓判斷向負(fù)載是否供電、斷電、恢復(fù)供電。其不存在
PWM工作模式。
當(dāng)系統(tǒng)電壓在43.5V-56V或設(shè)定值時,控制端給出高電平使開
關(guān)電路一直處于打開狀態(tài),向負(fù)載供電。如果系統(tǒng)電壓低于43.5V或
設(shè)定值時控制端呈低電平停止向負(fù)載供電,直到系統(tǒng)電壓恢復(fù)到
53.5V或設(shè)定值后再次向負(fù)載恢復(fù)供電。
兩路直流控制模塊可以單獨按照不同的設(shè)置參數(shù)進(jìn)行運行,也
可以按照統(tǒng)一的默認(rèn)設(shè)定模式工作。
默認(rèn)工作模式:蓄電池虧電保護(hù)點43.5V,恢復(fù)供電電壓點53.5V。
設(shè)定工作模式:蓄電池虧電保護(hù)點(43.5V-48V),恢復(fù)供電電壓
點(48V-56V)。
3 蓄電池充放電特性
系統(tǒng)設(shè)計有溫度采集通道,其功能是測量蓄電池表面溫度,測
量范圍的測量范圍-30～60℃。在測量范圍內(nèi)任意設(shè)置高溫保護(hù)閥
值和恢復(fù)工作溫度閥值。隨著蓄電池環(huán)境溫度變化,控制器的充電
電壓應(yīng)能按1～5mV/cell/℃自動調(diào)節(jié),電池溫度越高,充電電壓越
低,20-30℃時為0mV/cell/℃。
選擇設(shè)置:(1)控制器充電電壓溫度補(bǔ)償?shù)哪J(rèn)設(shè)定值。(2)溫度
補(bǔ)償?shù)目烧{(diào)節(jié)范圍:1～5mV/cell/℃。(3)設(shè)置高溫停止充電溫度閥
值和降溫恢復(fù)工作溫度閥值。
溫度補(bǔ)償工作方式為20℃--20℃之間均充、浮充升壓方式進(jìn)
行。30℃-50℃之間均充、浮充降壓方式進(jìn)行。步進(jìn)值為設(shè)定值或默
認(rèn)值。20℃-30℃之間不啟動溫補(bǔ)模式。充電電壓與環(huán)境溫度特性曲
線如圖2所示。
4 充放電電路狀態(tài)查詢功能
4.1 充電工作狀態(tài)查詢
當(dāng)前系統(tǒng)的光模塊、風(fēng)模塊充電參數(shù)。
均充電壓;浮充電壓;持續(xù)均充時間;開始卸荷電壓;全部卸荷
收稿日期:2015-01-20
作者簡介:張宇(1966 —),男,吉林長春人,大學(xué)本科,畢業(yè)于吉林大學(xué),高級工程師,主要研究領(lǐng)域:電子、通信、信息處理;姜牧林(1965 —),
男,吉林長春人,大學(xué)本科,畢業(yè)于吉林大學(xué),正高級工程師,主要研究領(lǐng)域:電子、通信、自動化及信息處理。
風(fēng)光發(fā)電蓄電池充放電控制器設(shè)計
張宇1 姜牧林2
(1.浙江創(chuàng)聯(lián)信息技術(shù)股份有限公司 浙江杭州 310000;2.長春理工大學(xué)光電信息學(xué)院 吉林長春 130012)
摘要:風(fēng)光發(fā)電是新能源和可再生能源的重要組成部分,被認(rèn)為是當(dāng)前世界上最有發(fā)展前景的新能源技術(shù)。風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)中電能的貯能控制直接
影響到電網(wǎng)的穩(wěn)定性,對電網(wǎng)安全至關(guān)重要,本文設(shè)計了一種風(fēng)光發(fā)電蓄電池充放電控制電路,充分考慮了蓄電池的各項監(jiān)測控制指標(biāo)的設(shè)置及工作模
式的控制,電路結(jié)構(gòu)簡單,控制可靠,經(jīng)過測試性能穩(wěn)定,對相關(guān)產(chǎn)品設(shè)計具有一定參考價值。
關(guān)鍵詞:新能源 風(fēng)光發(fā)電 蓄電池 充放電 檢測
中圖分類號:TM9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1007-9416(2015)01-0009-02
中央處理器
數(shù)據(jù)采集單元
1號通道
n號通道
風(fēng)
機(jī)控制單元
1號通道
n號通道
光伏控制單元
1號通道
n號通道
顯示單元
設(shè)置單元
通信單元
本地連接
升級接口
本地數(shù)據(jù)、日志
存儲單元
本地數(shù)據(jù)、日志
外接存儲單元接口
輸
出
控制單元
1號直流輸
出模塊
2號直流輸
出模塊
蓄電池充放電控 制
-20℃ -10℃
2 . 2 0V
2 . 1 0V
2 . 3 0V
2 . 4 0V
2 . 5 0V
0℃ 10℃
浮充電壓
2 0℃
2 . 6 0V
30℃ 40℃ 50℃
均充電壓
圖1 風(fēng)光發(fā)電主控系統(tǒng)框圖
圖2 充電電壓與環(huán)境溫度曲線圖3 充放電檢測及控制電路
數(shù)控技術(shù)數(shù)字技術(shù)
與應(yīng)用
10
電壓;持續(xù)均充時間。
4.2 放電工作狀態(tài)查詢
當(dāng)前直流模塊放電終止和恢復(fù)供電參數(shù)。
直流輸出終止放電電壓值;直流輸出恢復(fù)供電電電壓值。
5 充放電工狀態(tài)設(shè)置
5.1 充電工作狀態(tài)設(shè)置
充電工作狀態(tài)是指各路風(fēng)機(jī)模塊和光模塊的工作電壓參數(shù)。其
參數(shù)取決于統(tǒng)一的設(shè)定值或系統(tǒng)默認(rèn)值。
系統(tǒng)默認(rèn)值:(均充電壓56V,時間為90分鐘,后轉(zhuǎn)為浮充電壓
53.5V)。
溫補(bǔ)系統(tǒng)默認(rèn)值:4.5mV/cell/℃。
預(yù)設(shè)工作狀態(tài)為:
參數(shù)設(shè)定:均充電壓:50-70V,浮充電壓:48-70V,均充時間:
0-120分,溫補(bǔ)參數(shù)設(shè)置:1～5mV/cell/℃。
5.2 放電工作狀態(tài)設(shè)置
放電工作狀態(tài)是指系統(tǒng)向負(fù)載(直流模塊)供電的最低截止電壓
和恢復(fù)供電電壓值。分為系統(tǒng)默認(rèn)值和預(yù)設(shè)工作狀態(tài)。
(1)系統(tǒng)默認(rèn)值。放電截止電壓:43.5V,恢復(fù)供電電壓53V。
(2)預(yù)設(shè)工作狀態(tài)。欠電壓門限:(設(shè)定范圍42-48V),過電壓門
限:(設(shè)定范圍48-56V)。
5.3 工作模式設(shè)置
工作模式分為普通工作模式和溫補(bǔ)工作模式。設(shè)置時可選擇其
一。
普通工作模式是指系統(tǒng)均充、浮充參數(shù)按照預(yù)置的數(shù)值進(jìn)行工
作,與環(huán)境溫度無關(guān)。
溫補(bǔ)工作模式是指系統(tǒng)均充、浮充參數(shù)隨著環(huán)境溫度變化而不
同的工作方式。
6 充放電檢測及控制電路設(shè)計
蓄電池充放電檢測控制電路包括過壓檢測控制和欠壓檢測控
制兩部分電路。如圖3所示。
檢測控制電路是由帶回差控制的運算放大器組成。A1為過壓檢
測控制電路,A1的同相輸入端由W1提供對應(yīng)“過電壓切斷”的基準(zhǔn)
電壓,而反相輸入端接唄測蓄電池,當(dāng)蓄電池的電壓大于“過電壓切
斷電壓”時,A1輸出端G1為低電平,切斷開關(guān)器件T1,切斷充電回
路,起到過電壓保護(hù)作用。當(dāng)過電壓保護(hù)后,蓄電池電壓又下降到小
于“過電壓恢復(fù)電壓”時,A1的反相輸入電位小于同相輸入電位,則
其輸出端G1由低電平跳變到高電平,開關(guān)器件T1由關(guān)斷狀態(tài)變?yōu)閷?dǎo)
通狀態(tài),重新接通充電回路?！斑^電壓切斷門限”和“過電壓恢復(fù)門
限”由W1和R1配合調(diào)整。
A2為欠電壓檢測控制電路,其反相端接由W2提供的欠電壓基
準(zhǔn)電壓,同相端接蓄電池電壓,此電路和過電壓檢測控制電路相反,
當(dāng)蓄電池的電壓小于“欠電壓門限”電平時,A2輸出端G2為低電平,
開關(guān)器件T2關(guān)斷,切斷控制器的輸出回路,實現(xiàn)“欠電壓保護(hù)”。前電
壓保護(hù)后,隨著電池電壓的升高,當(dāng)電壓高于“欠電壓恢復(fù)門限”時,
開關(guān)器件T2重新導(dǎo)通,恢復(fù)對負(fù)載供電?！扒冯妷罕Ｗo(hù)門限”和“欠電
壓恢復(fù)門限”由W2 、R2配合調(diào)整。
W1,W2為數(shù)控電位器,由中央控制器進(jìn)行控制。
7 充放電控制電路技術(shù)指標(biāo)
充放電控制電路的設(shè)計主要考慮以下幾項指標(biāo):系統(tǒng)電壓及蓄
電池電壓,輸入最大電路和輸入路數(shù),輸出最大電流,蓄電池過充電
保護(hù)門限,蓄電池過放電保護(hù)門限,輔助功能,包括通信、顯示、數(shù)據(jù)
采集和存儲等。
對于于5KW以上的大功率風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng),太陽能電池方陣需分
成多個之路接入控制器。當(dāng)蓄電池充滿時,控制器將太陽能電池方
陣逐路依次斷開;當(dāng)蓄電池電壓回落到設(shè)定值時控制器再將太陽能
電池方陣依次接通,實現(xiàn)對蓄電池組充電電壓和電流的調(diào)節(jié)控制。
8 結(jié)語
本控制電路是筆者所承擔(dān)的省教育廳“ 十二五”科學(xué)技術(shù)研究
項目《光伏并網(wǎng)發(fā)電設(shè)備研究》中的部分研究內(nèi)容,經(jīng)過測試和模
擬,調(diào)試簡單,控制性能可靠穩(wěn)定,具有一定的實用價值。
參考文獻(xiàn)
[1]陸虎瑜,等.光伏、風(fēng)力及互補(bǔ)發(fā)電村落系統(tǒng).北京:中國電力出
版社,2004.
[2]R.David Prengama.The impact of ALABC reaearch results ob
battery design.The Battery Man.2000,9.
其中rank(0B1)=n
MATLAB中用函數(shù)命令obsv( )來求可觀性矩陣函數(shù),函數(shù)
obsv( )的格式為:
OB=obsv(A,C)
其中參數(shù)A即為離散系統(tǒng)的系統(tǒng)矩陣F或者連續(xù)系統(tǒng)的系統(tǒng)矩
陣A,參數(shù)C為離散系統(tǒng)的觀測矩陣或者是連續(xù)系統(tǒng)的觀測矩陣,OB
為返回的系統(tǒng)可觀性矩陣。同樣以上面的空間狀態(tài)方程來分析系統(tǒng)
的可觀性。
F=[1 0 -1;0 -2 1;3 0 2];
G=[2;-1;1];
C=[0 1 0];
D=0;
OB=obsv(F,C)
OB1=[C;C*F;C*F*F]
OB2=[C' F'*C' F'*F'*C']'
程序運行的結(jié)果為:
OB =
0 1 0
0 -2 1
3 4 0
OB1 =
0 1 0
0 -2 1
3 4 0
OB2 =
0 1 0
0 -2 1
3 4 0
從運行結(jié)果可以看出OB=OB1=OB2。現(xiàn)以程序來分析系統(tǒng)的可
觀性。
F=[1 0 -1;0 -2 1;3 0 2];
G=[2;-1;1];
C=[0 1 0];D=0;N=size(F);n=N(1);
OB=obsv(F,C);
rob=rank(OB);
if rob==n
disp('system is observable')
elseif rob～=n
diap('system is no observable')
end
system is observable
4 結(jié)語
通過對上述具體實例的分析,借助MATLAB軟件分析線性離
散系統(tǒng)的可控性與可觀性是可行的,與傳統(tǒng)的線性代數(shù)矩陣化簡相
比,只需要輸入對應(yīng)的矩陣和簡單的兩個函數(shù)命令即可對其進(jìn)行分
析,這樣的分析簡潔明了,不容易出錯。在系統(tǒng)的最優(yōu)設(shè)計中具有較
強(qiáng)的實用性,MATLAB軟件已經(jīng)成為當(dāng)今控制領(lǐng)域內(nèi)最廣泛應(yīng)用在
控制系統(tǒng)的計算、仿真與計算機(jī)輔助設(shè)計的軟件。
參考文獻(xiàn)
[1]胡壽松.自動控制原理第四版[M].北京:國防工業(yè)出版社,2005 年.
[2]黃忠霖.控制系統(tǒng)MATLAB 計算及仿真[M].北京:國防工業(yè)出版社,
2004,9.
······上接第8頁

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