光伏用VRLA蓄电池充放电策略的研究

【摘要】：在独立光伏系统中,蓄电池充放电控制效果的好坏很大程度上影响了光伏产业的发展。本文以目前独立光伏系统主流使用的阀控铅酸蓄电池(VRLA)为研究对象,在考虑系统的性能和成本的基础上,对蓄电池的充放电和维护等方面进行了研究。 本文在综合分析太阳能电池光伏特性、蓄电池充放电特性等的基础上,确定了本系统选用的SOC估计方法和MPPT控制策略,并科学选择了充放电过程中的恒流充电电流、恒压充电电压、浮充电压、浮充时涓流电流、过放报警电压、过放断开电压和过放恢复电压等重要参数。 在简单充电策略设计中,充电阶段是采用分段设定参考电压的方式实现对电池状态的判断,共分为了6个阶段,存在着MPPT、恒流充电、恒压充电、浮充和停止充电等5个状态。实验表明该充电策略能在充分利用太阳能的同时提高蓄电池的荷电状态。 最后,提出了复杂高效充电策略,分三种情况进行：在光伏阵列输出的剩余能量不足以维持蓄电池当前充电所需能量,采用最大功率点跟踪充电方式；在光伏阵列输出的剩余能量超过蓄电池当前充电所需能量且蓄电池的SOC≥95%时,采用恒压充电方式；当光伏阵列输出的剩余能量超过蓄电池在当前充电所需能量且蓄电池的SOC95%时,采用快速高效充电方式。 通过比较可以得出本系统采用的充电策略在维持较低成本的情况下更有利于提高独立光伏系统蓄电池的荷电状态。 【关键词】：独立光伏系统 VRLA蓄电池 SOC估计 MPPT
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM912
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 绪论8-21
• 1.1 光伏系统综述8-11
• 1.1.1 光伏产业的发展背景8
• 1.1.2 国内外光伏发电的现状与趋势8-10
• 1.1.3 光伏系统概述10-11
• 1.2 光伏用VRLA蓄电池概述及化学特性11-15
• 1.2.1 铅酸蓄电池的基本原理11-12
• 1.2.2 VRLA蓄电池的化学特性12-15
• 1.3 光伏用VRLA蓄电池充放电控制技术的现状15-20
• 1.3.1 太阳能光伏阵列直接连接充电15
• 1.3.2 蓄电池恒压充电15-16
• 1.3.3 光伏阵列的恒压跟踪(CVT)充电16
• 1.3.4 太阳能光伏阵列最大功率点跟踪充电16-18
• 1.3.5 均衡充电18-19
• 1.3.6 变终止电压充电19
• 1.3.7 其它方式充电19-20
• 1.4 本课题主要研究内容20-21
• 第二章 光伏用VRLA蓄电池的SOC估计21-41
• 2.1 光伏用VRLA蓄电池的SOC的定义21-22
• 2.2 影响VRLA蓄电池SOC的因素22-26
• 2.2.1 可恢复性影响因素22-25
• 2.2.2 不可恢复影响因素25-26
• 2.3 光伏用VRLA蓄电池的SOC估计的传统方法26-31
• 2.3.1 内部参数测定26-27
• 2.3.2 外部参数测定27-30
• 2.3.3 外部参数测定法的适用局限30-31
• 2.4 光伏用VRLA蓄电池的SOC估计新方法的设计31-41
• 2.4.1 SOC估计方法的总策略31-32
• 2.4.2 安时法和温度的补偿32-33
• 2.4.3 采用预测开路电压的方法来预测蓄电池的SOC33-37
• 2.4.4 目前比较常用的开路电压预测方法37-39
• 2.4.5 本文开路电压预测模型的实现39-41
• 第三章 太阳能光伏阵列最大功率点跟踪41-55
• 3.1 太阳电池光伏特性41-47
• 3.1.1 光伏阵列发电的原理41-42
• 3.1.2 光伏电池的理想电路模型42-44
• 3.1.3 光伏方阵仿真模型44-47
• 3.2 太阳能光伏阵列最大功率点跟踪充电技术的概述47-52
• 3.2.1 在线方式MPPT47-50
• 3.2.2 离线方式MPPT50-52
• 3.2.3 其他MPPT方法52
• 3.3 本系统采用的MPPT控制策略52-55
• 第四章 光伏用VRLA蓄电池相关参数的确定55-60
• 4.1 充电电路的选择56
• 4.2 MPPT56
• 4.3 三阶段充电56-57
• 4.4 电压的温度补偿57-58
• 4.5 放电58
• 4.6 参数确定58-60
• 第五章 光伏用VRLA蓄电池充放电策略的设计60-70
• 5.1 光伏系统蓄电池特殊性60-61
• 5.2 VRLA蓄电池简单充放电控制方法的设计61-67
• 5.2.1 充电控制策略61
• 5.2.2 充电控制方法61-62
• 5.2.3 充电过程的实现62-65
• 5.2.4 放电过程的实现65-66
• 5.2.5 实验66-67
• 5.3 VRLA蓄电池快速充电控制方法的设计67-70
• 5.3.1 快速充电基本理论67
• 5.3.2 析气电压的确定67-68
• 5.3.3 去极化控制与快速高效充电68
• 5.3.4 充电控制的策略68-70
• 第六章 总结70-71
• 参考文献71-77
• 致谢77-78
• 攻读学位期间主要的研究成果78

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