独立光伏发电系统蓄电池能量管理研究

【摘要】：在独立光伏发电系统中蓄电池是复杂和薄弱的环节,对蓄电池进行高效的能量管理对于提高系统的能源利用效率和降低系统的成本具有重要的意义。 为了充分了解独立光伏发电系统的特性,文章分析了光伏阵列的输出特性及受温度和光照强度的影响；分析了铅酸蓄电池在充放电过程中电压、电流的变化规律、极化电压产生的原因及影响蓄电池寿命的主要因素。 为了制定适合独立光伏系统中蓄电池的能量管理策略,详细分析了蓄电池在独立光伏发电系统中的工作状态：充、放电倍率小,易形成小范围内的充放电循环；受环境影响大,在光照强度大时,也会产生过充电。 电池的荷电状态SOC是反映电池实际容量的重要参数,为了较为准确的实时计算电池的荷电状态参数,在分析电路等效模型的基础上,对理想等效模型进行了改进,改进的电池模型以电池的端电压、电流、温度为输入量,以荷电状态参数作为状态变量,得出了电池的荷电状态和电池外特性之间的关系。 文章提出了一种分组自治的能量管理策略,该策略主要包括电池分组的原则、充放电电池小组的选择和充放电的控制方法。 分组原则：光伏阵列的输出电流不大于电池小组的最大允许充电电流。 充放电电池小组的选择：通过计算电池的荷电状态参数,把电池的状态分为四类：FULL, GREEN, YELLOW, RED,从而得出电池小组的充放电优先顺序；根据总线电流和电池小组额定放电电流的大小来确定需要并联放电的小组的个数。 充放电方法：根据快速充电原理建立了限制过充电压、减小充电电流的快速充电方法；而对于放电的控制主要是通过限制放电的深度和放电电流的大小来实现的。 文章最后给出了基于TMS2812DSP的部分硬件电路和软件实现。 试验结果表明电池模型对SOC的计算有一定得精确性和通用性；采用的快速充电方法可以充入更多的电量；分组系统可以有效避免电池组在低SOC下浅循环。 【关键词】：独立光伏系统 能量管理 荷电状态 充放电 分组
【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM912
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-10
• 第1章 引言10-13
• 1.1 课题的意义和来源10
• 1.2 国内外能量管理系统的发展现状10-11
• 1.3 本文的主要研究内容11-13
• 第2章 独立光伏发电系统的特性13-24
• 2.1 光伏阵列的输出特性13-17
• 2.1.1 光伏电池的等效电路与特性方程13-15
• 2.1.2 光伏阵列的输出特性15-16
• 2.1.3 影响光伏阵列输出特性的因素16-17
• 2.2 独立光伏发电系统中蓄电池的工作状态与选型17-18
• 2.2.1 蓄电池在光伏发电系统中的工作状态分析17
• 2.2.2 独立光伏发电系统中蓄电池的选型17-18
• 2.3 铅酸蓄电池充放电特性18-22
• 2.3.1 铅酸蓄电池充放电原理18-19
• 2.3.2 铅酸蓄电池充电电流规律19-20
• 2.3.3 铅酸蓄电池充放电电压变化规律20-21
• 2.3.4 铅酸蓄电池充放电过程中的极化反应21-22
• 2.4 影响铅酸蓄电池寿命的主要因素22-23
• 2.5 本章小结23-24
• 第3章 蓄电池的建模24-32
• 3.1 蓄电池的建模方法与原则24
• 3.2 常用蓄电池模型介绍24-28
• 3.2.1 蓄电池理想等效模型及改进模型24-25
• 3.2.2 Thevenin等效模型25
• 3.2.3 四阶动态等效模型25-26
• 3.2.4 BP神经网络模型26-27
• 3.2.5 其它电池模型27-28
• 3.3 改进的电池建模方案28-31
• 3.4 本章小结31-32
• 第4章 蓄电池能量管理策略研究32-49
• 4.1 光伏阵列MPPT的实现32-35
• 4.2 常规的充电方法35-36
• 4.3 快速充电方法36-38
• 4.4 蓄电池的充电控制38-39
• 4.5 基于分组自治的能量管理策略的提出39-45
• 4.5.1 蓄电池分组管理的必要性40
• 4.5.2 蓄电池分组的方法与原则40
• 4.5.3 蓄电池分组管理系统40-41
• 4.5.4 能量输出的电池组的确定41-42
• 4.5.5 充放电控制策略42-45
• 4.6 实验验证45-48
• 4.6.1 SOC计算实验验证46
• 4.6.2 充电实验验证46-48
• 4.7 本章小结48-49
• 第5章 蓄电池能量管理系统的实现49-57
• 5.1 蓄电池能量管理系统的硬件实现49-54
• 5.1.1 系统结构框图49-50
• 5.1.2 充、放电主电路50-51
• 5.1.3 电压、电流、温度测量电路51-54
• 5.2 蓄电池能量管理系统的软件实现54-57
• 5.2.1 能量管理系统流程图54
• 5.2.2 电压、电流、温度测量程序设计54-57
• 第6章 总结与展望57-59
• 6.1 总结57-58
• 6.2 展望58-59
• 参考文献59-62
• 致谢62-63
• 附录:硕士期间公开发表的论文63

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