本發(fā)明涉及一種蓄電池管理方法，尤其涉及一種獨立光伏電站蓄電池管理方法。

背景技術(shù)：

太陽能具有隨機(jī)和間斷的特性，獨立式光伏發(fā)電系統(tǒng)要實現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定的電力供應(yīng)，需采用必要的能源存儲設(shè)備。蓄電池是一種傳統(tǒng)的能源轉(zhuǎn)換效率較高的能源存儲方式，與光伏電池相比，蓄電池的初始投資成本相對較低，使用壽命較短。從蓄電池使用的角度來講，影響蓄電池使用壽命的因素主要有：過充，過放，欠充，長期處于低荷電狀態(tài)(State of Charge, SOC)等。

在光伏系統(tǒng)中蓄電池充放電次數(shù)頻繁，與常作為備用電源在一般應(yīng)用領(lǐng)域(例如郵電和常規(guī)電力系統(tǒng))應(yīng)用的情況相比，其使用具有了一些新特點：(1)由于光伏發(fā)電系統(tǒng)中光伏電能的有限性、隨機(jī)性和間斷性以及負(fù)載需求的隨機(jī)性，光伏電能難以持續(xù)滿足傳統(tǒng)蓄電池充電規(guī)律(恒流充電、恒壓充電、兩階段充電、三階段充電等)的要求；(2) 光照的季節(jié)性變化和連續(xù)陰天易造成蓄電池的深度放電且過放后也難以在短期內(nèi)再次充滿，從而使其長期處于低SOC 狀態(tài)。因此，光伏系統(tǒng)中，不恰當(dāng)?shù)男铍姵毓芾聿呗詫⒋蟠罂s短蓄電池的預(yù)期壽命，成為光伏系統(tǒng)中最易損壞的部分。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服光伏電站系統(tǒng)故障和失效原因常由蓄電池造成的難題，本發(fā)明提出一種獨立光伏電站蓄電池管理方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：為了實現(xiàn)獨立光伏電站系統(tǒng)中蓄電池的優(yōu)化管理, 有效地延長其工作壽命, 提出了基于混合型模糊PID 控制算法的分段式蓄電池充電策略。該策略將蓄電池的充電分為恒流充電、恒壓均充和恒壓浮充3 個階段, 浮充電壓可根據(jù)電池溫度進(jìn)行實時補償。

獨立光伏電站蓄電池管理方法包括：分段式充電、浮充電壓補償、欠壓保護(hù)和控制器四個部分。

所述分段式充電可以分為恒流充電、恒壓均充和恒壓浮充3 個階段，有利于延長蓄電池的工作壽命、提高充電效率以及光伏電站系統(tǒng)的可靠性。

所述浮充電壓補償根據(jù)電池溫度對蓄電池的浮充電壓進(jìn)行實時補償, 避免高溫過充電和低溫欠充電。

所述欠壓保護(hù)當(dāng)電池放電至終止電壓時控制器會及時切斷用電負(fù)載, 同時發(fā)出聲光告警, 以防止蓄電池深度放電。

所述控制器以C8051F021單片機(jī)為控制和檢測核心，利用IGBT 作為斬波器件, 從而實現(xiàn)蓄電池的優(yōu)化管理和光伏電站的運行監(jiān)測。

本發(fā)明的有益效果是：蓄電池的優(yōu)化管理, 有效地延長其工作壽命,控制器完全實現(xiàn)了獨立光伏電站蓄電池的優(yōu)化管理, 并且系統(tǒng)成本低、抗干擾能力強(qiáng)、使用維護(hù)方便, 有利于提高光伏電站的自動化水平。系統(tǒng)自投入運行以來, 取得了良好的效果, 完全能滿足光伏電站無人監(jiān)控的需要。

附圖說明

圖1 混合型模糊PID控制。

圖2 系統(tǒng)主電路。

具體實施方式

系統(tǒng)可控制進(jìn)行恒流、恒壓均充、浮充狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，從而實現(xiàn)蓄電池的優(yōu)化管理。A恒流階段：先采用0.1C的恒定電流對蓄電池進(jìn)行充電, 其中C為10 h放電率時蓄電池的額定容量，隨著充電的不斷進(jìn)行蓄電池電壓會逐漸升高。B恒壓均充階段：當(dāng)充電電壓達(dá)到均充電壓時，轉(zhuǎn)為恒壓均充充電，這時蓄電池的充電電流會逐漸減小。C浮充階段:當(dāng)充電電流小于0.01C時，啟動定時(2～3 h，可設(shè)定)，定時到，則轉(zhuǎn)浮充，浮充電壓根據(jù)電池溫度進(jìn)行實時補償。將定時功能與電流判據(jù)結(jié)合起來，控制均、浮充的轉(zhuǎn)換，可避免蓄電池的過充或欠充。

溫度和浮充電壓的變化會給鉛酸蓄電池帶來嚴(yán)重危害?？刂破鞅仨毟鶕?jù)電池溫度對蓄電池的浮充電壓進(jìn)行實時補償，避免高溫過充電和低溫欠充電，使蓄電池在各種溫度環(huán)境下都能保持滿容狀態(tài)?？刂破鞑捎昧司€性補償方式，先對蓄電池溫度進(jìn)行實時監(jiān)測，然后相應(yīng)地調(diào)整蓄電池浮充電壓，從而達(dá)到了浮充電壓溫度補償?shù)哪康摹?/p>

恒流充電是按偏差的比例、積分和微分線性組合進(jìn)行控制的，它是在獲取對象數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)某一整定原則，適當(dāng)?shù)卣≒ID 的Kp 、Ki 、Kd 3 個參數(shù)，可以獲得比較滿意的控制效果。

圖1中，r為系統(tǒng)給定值，y為實際輸出值， e 為r和y之間的偏差，K1 、K2為比例系數(shù)，為模糊控制器的輸出，為PID 控制器的輸出，為混合型模糊PID 控制器的總輸出。當(dāng)系統(tǒng)的偏差較大時，積分系數(shù)和比例系數(shù)較大;當(dāng)系統(tǒng)的偏差較小時，積分系數(shù)和比例系數(shù)也較小。這種控制方式既可保證系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)速度, 又能滿足一定的穩(wěn)態(tài)精度。

圖2中，分別為電壓給定值與實際輸出值，分別為電流給定值與實際輸出值。當(dāng)恒流或恒壓充電時, 分別將蓄電池的充電電流或充電電壓作為反饋信號進(jìn)行閉環(huán)控制。系統(tǒng)設(shè)定值與實際值相比較得誤差e ，經(jīng)混合型模糊PID 控制器調(diào)節(jié)后，通過實時改變單片機(jī)C8051F021 輸出PWM 控制信號的占空比，再經(jīng)光耦隔離驅(qū)動控制IGBT 功率器件的導(dǎo)通和關(guān)斷，進(jìn)行DC/DC 斬波降壓，改變系統(tǒng)輸出電壓的大小，從而實現(xiàn)了恒流或恒壓充電功能。