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筹2期
徐小斐等.独立光伏系统蓄电池充放电模制控制
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独立光伏系统蓄电池充放电模糊控制
徐小斐李茂军
(长沙理工大学电气与信息工程学院,长沙4000
摘要提出基于蓄电池电压、澧度及其变化的充放电模榭控策略,克服了養电池克放电常規电压控
制法和常规温度控制法的缺点。测试结果表明:该控制策咯能显著提高誊电池的克激电性能并延长其
使用寿命
关键词光伏系统糊控制巻电池工作状态
中图分类号T9151
文献标识码A
文章编号10003932(2012)02-015903
个與型的独立光伏发电系统结构包括光伏
当铅酸电池以恒定电流充电时,端电压和温
电池阵列、 DGAC变换器、控制器、蓄电池和用于度都会升高;当充电状态达到他和时,电压会从最
交流负载的逆变器,其中为保证稳定、持续电压的高点下降一定的数值,而温度会急剧升高。具体
供给,蓄电池起了至关重要的作用。对于独立光过程分析如下:
伏发电系统,蕾电池的工作状态随温度及光照强
a.充电初期,蓄电池两极进行氧化还原反
度等外界环境因素不断变化,常规的恒压恒流控应,在活性物质微孔内形成较高的硫酸浓度,来不
制策略很难在充分利用太阳能电池阵列输出能量及向极板外扩散,浓差极化大,电池电动势增高
的同时,达到提高蓄电池使用寿命的目的”。因端电压上升较快,如ab段
此,提髙能蜇利用率,研究科学的蒂电池充放电控
b.到中期,大量的硫酸分解,速度达到最大
制策略,降低独立光伏系统的投资费用成为首要值相应极化作用减弱,端电压处于平稳,如be段
任务。笔者综合考虑蓄电池充放电过程中电压、(ab、bc段认为电压变化较小);
温度及其变化量,归纳出楳糊控制策略,能有效防
C.充电到中后期,蓄电池正、负极硫酸铅已
止因外部环境变化而引起的控制器误动作,提高经大量地转化成铅氧化物、,相当大的一部分电能
对蓄电池工作状态判断的准确性,能够及时控制消耗于电解水,气分解速度骤增,电化学极化电阻
DCDC变换电路工作,有效防止蓄电池过充电和增大,故端电压出现突升现象,如cd段(电压変化
过放电,显著提高蓄电池的充放电性能并延长其较大);
使用寿命
d.充电到接近终期,大量电能消耗在水解
1铅酸电池充电特性的分祈
上,电化学极化电阻比较高,端电压处在较高的位
薇电池端电压是指其在充电或放电状态下测置且基本保持不变,可认为蓄电池处于浮亢状态,
得的电压。它随充电过程变化而変化,当以稳定如de段(电压変化为零);
的电流对蓄电池充电时,端电压变化如图1所示。
e.e点后蓄电池达到饱和,电压会从最高点
电压、温度值
下降一定的数值,如段(电压变化为负值
正常充电时,蓍电池的温度变化并不明显,但
当蓄电池达到饱和状态仍继续充电时,由于其内
T/alt
部气体压力迅速增大,负极板上氧化反应使内部
发热,温度迅速上升(每分钟可升高儿几摄氏度);
当过度放电时,蓄电池内部阻抗显著增加,放电电
8寸间
图1电池端电压、温度随充电时间变化曲线
收日期:2011412-14(修政
万方数据
化工自动化及仪表
第39卷
流流经内阻时产生的热量也会引起温度迅速上
由蓄电池的充电特性温度变化曲线,将△T
升。因此,可以把温度变化量分为小和大两个等分为两个等级:0和1,对应的模糊子集为小,
级
大}。取△T=5℃作为温度变化大、小的分界点,
将以上变化因素作为著电池模糊控制的理论并作为判断过放或饱和的依据。△了各模糊子集
依据,结合实践经验,进而进行模糊控制策略的设隶属函数曲线如图4所示。
计
2电池模糊控制鱉略
1.0
2.1建立模糊控制模型
该系统采用蓄电池电压、温度及其变化的充
0.0
放电模糊控制策略,槙糊控制器采用3个模糊输
入变量:蓄电池端电压;蓄电池端电压变化量
溢度变化墩△T
(相邻两次采样电压差)△;著电池温度变化量
(相邻两次采样温度差)△T
图4△T隶属函数曲线
光伏系统中,蓄电池端电压变化为10.5~2.2建立模糊控制规则表
4.9V,将U分为0、1、2、3共4个等级,对应的模
针对蓄电池充放电常规电压控制法和常规温
糊子集为很高,高,中,低。0表示充电末期,端度控制法的缺点,综合考虑光照强度及温度等不
电压很高;1表示浮充,端电压较高;2表示端电压确定外界因素对蓄电池端电压和温度的影响,最
校低:3表示放电末期,端电压低。U各模糊子集大程度地减小由于中年光强较大或云彩遮挡致使
隶属函数曲线如图2所示。
光强骤增及骤减等原因引起的对工作状态的误判
低
中
高很高
断?,系统采用4个模糊输出变量:蕎电池过充
( overcharge)、浮充( floatcharge)、全充( fullcharge)
和过放电( overdischarge)4种工作状态,分别用1
2、3、0表示。模糊工作状态控制规则列于表1。
0.5.8
3,313.749
表1模糊工作状态控制规则
錯电U/V
U
变化量
图2端电压U隶属函数曲线
低中高很高低中高很高
AU正大
由蓄电池的充电特性电压变化曲线,将△U
正小333
分为4个等级,分别为0、1、2、3,对应的模糊子集
33
为正大,正小,零,负值}。0表示△较低(充电
负值3
初始阶段,电压缓慢変化);1表示较大(此时电压
△T
大
发生突变);2表示△U接近为零,近似认为蓄电
池处于浮充状态:3表示△U为负,蓄电池充电达
到饱和,电压从最高点下降。△U各模糊子集隶
电池模糊控制系统的硬件设计
周函数曲线如图3所示。
光伏馍糊控制系统的硬件主要由光伏电池
组、DC/DC转换电路、单片机和传感器构成,其中
?负鱼、正小
单片机用以实现模糊控制功能,通过调节开关改
变脉冲占空比,完成对DC/DC转换电路的控制。
系统通过传感器分别对蓄电池端电压、温度进行
0.0
检测,经过简单处理转换成蓄电池端电压、著电池
1.6
端电变化量△UiV
端电压变化量和温度变化量,作为模糊控制的3
个输入量送入单片机,单片机通过模制化、査表、
图3AU隶属函数曲线
反模糊化得到蓄电池的充放电状态,最后对转换
万方数据