小功率独立光伏发电系统的充电控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种小功率独立光伏发电系统的充电控制方法，属于光伏发电技术领域。该一种小功率独立光伏发电系统的充电控制方法充分利用光伏电池阵列的输出特性与铅酸蓄电池的充电特性来提高独立光伏发电系统的充电效率，实现光伏电池阵列与铅酸蓄电的最佳匹配，同时通过铅酸蓄电池的自放电增强其可接受的充电电流，在充电过程中使铅酸蓄电池完全吸收光伏电池阵列输出的电能，从而达到提高独立光伏发电系统的充电效率的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光伏发电领域，涉及一种。
技术介绍
太阳能是一种清洁的可再生能源，容易获得的能源资源。太阳能电池可以直接将 太阳能转换为电能，不会对环境产生任何污染。近些年随着光伏发电技术的飞速发展，结合 我国的基本国情，独立光伏发电系统的应用日益扩大，由于太阳能的安全、节能、方便、环保 等优点，应用日具规模。独立光伏发电系统由光伏电池阵列、控制器、铅酸蓄电池以及负载组成。控制器是 独立光伏发电系统中的控制核心，而控制器的核心则是其充电控制策略。由于光伏电池阵 列的输出呈现非线性，同时铅酸蓄电池的充电特性曲线也呈非线性，而且光伏电池阵列的 输出功率有限，因此采用常规的控制方法具有一定的局限性。就小功率独立光伏发电系统而言，为了提高系统的效率通常是让光伏电池阵列发 挥最大的作用，采用的方法是通过最大功率跟踪算法(MPPT)使光伏电池阵列以最大功率 输出。目前比较成熟的MPPT主要有恒电压跟踪方法、功率扰动法、电导增量法以及各种改 进型的电导增量法等，其中恒电压跟踪方法是以电压值作为参考值进行控制，使光伏电池 大致保持在最大功率点附近；功率扰动方法是逐步对光伏电池的工作电压进行调节，比较 其功率输出以获得最大功率输出；电导增量法则是根据光伏电池的输出功率对工作电压的 导数，根据导数的值对工作电压进行调节获得其最大功率输出。但是这些方法都具有一定 的局限性，恒电压跟踪方法其实不能准确获得最大功率输出，因为不同的天气状况光伏电 池阵列的最大功率点所对应的工作电压不是相等的；功率扰动法虽然比较简单，容易操作， 但是它不能正确处理天气突然变化的情况，很容易出现误判，导致系统能量损失；电导增量 法虽然应对天气变化的快速性比较好，能够准确使光伏电池阵列获得最大功率输出，但是 系统对传感器的灵敏度要求比较高，造成硬件成本过高，因此也不太适合独立光伏发电系 统。在独立光伏发电系统中，光伏电池阵列最主要的作用是将太阳光转化为电能，铅 酸蓄电池的最主要的作用是将光伏电池阵列转换得到的电能储存下来，因此提高系统的效 率可以从光伏电池阵列和铅酸蓄电池两方面考虑。但是现在在已应用的小功率独立光伏发 电系统中，没有分析真正影响系统效率的原因，仅仅单方面从光伏电池阵列输出功率的角 度去考虑系统效率，没有很好对光伏电池阵列与铅酸蓄电池的工作状态进行匹配，因此其 充电控制策略具有一定的局限性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种，该控制方 法能有效提高充电效率。本专利技术的技术解决方案如下4一种，DC-DC变换器的输入端接光伏电 池阵列，输出端接铅酸蓄电池，微处理单元发出PWM脉冲到DC-DC变换器的控制端，微处理 单元实时检测光伏电池阵列以及铅酸蓄电池的端电压和电流，铅酸蓄电池通过受微处理单 元控制的放电控制电路给负载供电；其特征在于所述的小功率独立光伏发电系统的充电 控制方法具体包括以下步骤步骤1 初始化将匹配标志位设置为零；步骤2 设定PWM的占空比a = 0.5，步长A a ；步骤3 检测光伏电池阵列的输出电压队、铅酸蓄电池的端电压^ ；步骤4 判断Us > Ub是否成立，如果不成立，则等待10秒后跳至步骤3 ；步骤5 判断^彡Ub < Um是否成立，其中^为铅酸蓄电池的过放电钳位电压，Um 为铅酸蓄电池的过充电钳位电压，如果不成立，则跳至步骤20 ；步骤6 检测光伏电池阵列的输出电流Ii+1 ；步骤7:判断|li+1-I」> AI，Ii为上一次光伏电池阵列的输出电流，电流采集的 时间间隔为10秒，A I为电流变换误差，如果不成立，则跳至步骤10 ；步骤8 令匹配标志位为零；步骤9 停止充电，即令PWM的占空比为0，释放放电脉冲触发铅酸蓄电池的自放电 电路实现铅酸蓄电池的自放电；步骤10 判断匹配标志位是否为1，如果成立，则跳至步骤19 ；步骤11 检测光伏电池阵列的输出电压U”输出电流I”并计算其输出功率Pi = 仏*、，同时令a = a +A a ；步骤12 继续检测光伏电池阵列的输出电压Ui+1，输出电流Ii+1，并计算其输出功 率p =丨丨.r i+lui+l个丄 i+1 ，步骤13 判断Pi+1 > Pi是否成立，如果不成立，则跳至步骤15 ；步骤14 令Pi = Pi+1，a = a+A a ,然后跳至步骤12 ；步骤15 判断Pi+1 < Pi是否成立，如果不成立，则跳至步骤17 ；步骤16 令Pi = Pi+1，令a = a-A a ,然后跳至步骤12 ；步骤17 令匹配标志位为1 ；步骤18 令Ii = Ii+1，然后跳至步骤3 ；步骤19 恒压充电，即保持PWM的占空比不变，然后跳至步骤18 ；步骤20 判断Ub < U”如果不成立，则跳至步骤26 ；步骤21 表示铅酸蓄电池过放电，此时设定充电电流I。= C/80，其中C为铅酸蓄 电池的容量；步骤22 检测铅酸蓄电池的充电电流I。；步骤23 判断I。= C/80是否成立，如果不成立，则跳至步骤3 ；步骤24 判断I。<C/80是否成立，如果成立，则增大PWM的占空比，然后跳至步骤 22 ；步骤25 减小PWM的占空比，然后跳至步骤22 ；步骤26 表示铅酸蓄电池充电后期，充电进行浮充阶段，浮充电压为Uf，浮充阶段 结束后，整个充电过程结束。铅酸蓄电池的过放电钳位电压^取值为10. 8V，铅酸蓄电池的过充电钳位电压Um 取值为 14. 4V, A I < 0. 1A, 12V < Uf < 14. 4V。有益效果本专利技术的目的在于提供一种简单、有效、可行的应用于小功率独立光伏发电系统 的充电控制策略。充电控制策略使光伏电池阵列与铅酸蓄电池工作处于最佳匹配状态，充 分发挥光伏电池阵列的输出特性与铅酸蓄电池充电特性，使铅酸蓄电池储存更多的能量， 达到提高独立光伏发电系统充电效率的目的。本专利技术最大的优点是从光伏电池阵列、铅酸蓄电池的角度出发，考虑系统独立光 伏发电系统充电效率的提高。铅酸蓄电池在充电过程中由于内部极化反应的存在，致使铅 酸蓄电池的可接受充电电流随充电的进行而不断变小；同时光伏电池阵列的输出电流随光 照强度而变化，因此在独立光伏发电系统的充电过程中就会出现铅酸蓄电池无法完全吸收 光伏阵列输出电流的情况。本专利技术提出在独立光伏发电系统的充电过程中，通过铅酸蓄电 池的瞬间大电流自放电，以增大铅酸蓄电池的可接受充电电流，从而增强铅酸蓄电池对充 电电流的吸收能力；在充电过程中，光伏电池阵列以最大功率输出，实现光伏电池阵列与铅 酸蓄电池的最佳匹配，为独立光伏发电系统以提供更多的能量。本专利技术综合考虑铅酸蓄电 池对充电电流的吸收能力和光伏电池阵列的最大功率输出，使两者都工作在最佳状态，实 现独立光伏发电系统充电系统的提高。现有针对独立光伏发电系统的充电控制策略都从单一的角度去考虑系统的充电 过程，这样就会导致两方面的问题首先，从光伏电池阵列的角度出发，实现光伏电池阵列 的最大功率输出，而忽略铅酸蓄电池的特性，铅酸蓄电池的可接受充电电流随充电的进行 而不断减小，因此铅酸蓄电池无法吸收光照强度突然变化时光伏电池阵列输出的大电流， 否则不断会损坏铅酸蓄电池，缩短其使用寿命，而且会影响独立光伏发电系统的充电效率 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种小功率独立光伏发电系统的充电控制方法，ＤＣ－ＤＣ变换器的输入端接光伏电池阵列，输出端接铅酸蓄电池，微处理单元发出ＰＷＭ脉冲到ＤＣ－ＤＣ变换器的控制端，微处理单元实时检测光伏电池阵列以及铅酸蓄电池的端电压和电流，铅酸蓄电池通过受微处理单元控制的放电控制电路给负载供电；其特征在于：所述的小功率独立光伏发电系统的充电控制方法具体包括以下步骤：步骤１：初始化：将匹配标志位设置为零；步骤２：设定ＰＷＭ的占空比ａ＝０．５，步长Δα；步骤３：检测光伏电池阵列的输出电压Ｕ↓［ｓ］、铅酸蓄束后，整个充电过程结束。电池的端电压Ｕ↓［ｉ］；步骤４：判断Ｕ↓［ｓ］＞Ｕ↓［ｂ］是否成立，如果不成立，则等待１０秒后跳至步骤３；步骤５：判断Ｕ↓［ｌ］≤Ｕ↓［ｂ］＜Ｕ↓［ｍ］是否成立，其中Ｕ↓［ｌ］为铅酸蓄电池的过放电钳位电压，Ｕ↓［ｍ］为铅酸蓄电池的过充电钳位电压，如果不成立，则跳至步骤２０；步骤６：检测光伏电池阵列的输出电流Ｉ↓［ｉ＋１］；步骤７：判断｜Ｉ↓［ｉ＋１］－Ｉ↓［ｉ］｜＞ΔＩ，Ｉ↓［ｉ］为上一次光伏电池阵列的输出电流，电流采集的时间间隔为１０秒，ΔＩ为电流变换误差，如果不成立，则跳至步骤１０；步骤８：令匹配标志位为零；步骤９：停止充电，即令ＰＷＭ的占空比为０，释放放电脉冲触发铅酸蓄电池的自放电电路实现铅酸蓄电池的自放电；步骤１０：判断匹配标志位是否为１，如果成立，则跳至步骤１９；步骤１１：检测光伏电池阵列的输出电压Ｕ↓［ｉ］，输出电流Ｉ↓［ｉ］，并计算其输出功率Ｐ↓［ｉ］＝Ｕ↓［ｉ］＊Ｉ↓［ｉ］，同时令α＝α＋Δα；步骤１２：继续检测光伏电池阵列的输出电压Ｕ↓［ｉ＋１］，输出电流Ｉ↓［ｉ＋１］，并计算其输出功率Ｐ↓［ｉ＋１］＝Ｕ↓［ｉ＋１］＊Ｉ↓［ｉ＋１］；步骤１３：判断Ｐ↓［ｉ＋１］＞Ｐ↓［ｉ］是否成立，如果不成立，则跳至步骤１５；步骤１４：令Ｐ↓［ｉ］＝Ｐ↓［ｉ＋１］，α＝α＋Δα，然后跳至步骤１２；步骤１５：判断Ｐ↓［ｉ＋１］＜Ｐ↓［ｉ］是否成立，如果不成立，则跳至步骤１７；步骤１６：令Ｐ↓［ｉ］＝Ｐ↓［ｉ＋１］，令α＝α－Δα，然后跳至步骤１２；步骤１７：令匹配标志位为１；步骤１８：令Ｉ↓［ｉ］＝Ｉ↓［ｉ＋１］，然后跳至步骤３；步骤１９：恒压充电，即保持ＰＷＭ的占空比不变，然后跳至步骤１８；步骤２０：判断Ｕ↓［ｂ］＜Ｕ↓［ｌ］，如果不成立，则跳至步骤２６；步骤２１：表示铅酸蓄电池过放电，此时设定充电电流Ｉ↓［ｃ］＝...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴敏，曹卫华，陈鑫，李明杨，安剑奇，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]