光伏發(fā)電系統(tǒng)蓄電池充電控制器的研究

史凡

【摘 要】研究光伏電池的輸出特性并跟蹤最大功率，將最大功率點(diǎn)輸出的電壓和電流給蓄電池充電。設(shè)計(jì)DC-DC功率變換器將光伏陣列與蓄電池隔離，控制器對(duì)蓄電池進(jìn)行充電和保護(hù)，利用matlab仿真顯示充電的效果，實(shí)驗(yàn)表明該控制器可以充分利用太陽(yáng)能并且提高蓄電池的充電速度，延長(zhǎng)蓄電池的壽命。

【關(guān)鍵詞】光伏電池；蓄電池充電；matlab仿真

0 引言

在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，蓄電池是其重要的組成部分，蓄電池充電性能的好壞直接影響光伏發(fā)電的發(fā)展。由于受到環(huán)境變化的影響較大，光伏電池輸出的電壓和電流不穩(wěn)定，此電能的質(zhì)量和性能較差，難以直接給負(fù)載使用，因此需要控制器將該電能適當(dāng)?shù)目刂坪妥儞Q后，才能給負(fù)載使用。對(duì)于光伏發(fā)電系統(tǒng)的最大功率點(diǎn)跟蹤，將跟蹤到的電壓和電流利用DC-DC功率變換器對(duì)蓄電池充電，使太陽(yáng)能和蓄電池都能充分利用[1]。

1 光伏電池的輸出特性

由于環(huán)境溫度和光照強(qiáng)度對(duì)光伏陣列的輸出電壓和電流影響較大，光伏陣列輸出的I-U、P-U曲線均是非線性曲線。通過實(shí)驗(yàn)仿真得到I-U和P-U的特性曲線，由曲線得知在一定的溫度和光照強(qiáng)度下，當(dāng)輸出電壓增大時(shí)，電流在一定范圍內(nèi)基本保持不變，隨即劇烈下降；而光伏電池輸出功率曲線上存在一個(gè)最大功率點(diǎn)Pm，同時(shí)對(duì)應(yīng)的最大電壓和電流是Um、Im，最大輸出功率Pm=Um*Im[2]。光伏電池P-U曲線如圖1所示。

2 蓄電池充電控制器的設(shè)計(jì)

光伏陣列由于受到溫度、光照等環(huán)境因素的影響，其輸出的電能不穩(wěn)定，質(zhì)量不好，提供給蓄電池的電壓和電流也不穩(wěn)定[3]。通過各種類型蓄電池的比較，本文選擇鉛酸蓄電池，它有較大的儲(chǔ)存量、可靠的充放電性能、并且較低的價(jià)格。以下對(duì)蓄電池進(jìn)行三段式充電。

（1）第一階段：MPPT最大功率充電

將光伏陣列的輸出電壓、輸出電流為UP、IP送入控制器，通過對(duì)各種MPPT控制算法的比較，采用變步長(zhǎng)電導(dǎo)增量法尋找最大功率點(diǎn)，由控制器發(fā)出PWM信號(hào)控制BUCK電路的MOSFET，進(jìn)而對(duì)蓄電池以最大功率充電。通過檢測(cè)蓄電池的端電壓和電流，再把檢測(cè)信號(hào)反饋回控制器，從而達(dá)到對(duì)蓄電池充電進(jìn)行管理的目的，保護(hù)蓄電池[4]。

（2）第二階段：恒壓充電

在第一階段MPPT充電的過程中，蓄電池電壓逐漸增大，但是只能充到蓄電池額定容量的80%-90%，為了使其容量達(dá)到100%，采用恒壓充電。在蓄電池電壓達(dá)到14.35V時(shí)，進(jìn)入恒壓充電。

（3）浮充充電

浮充充電是為了補(bǔ)充鉛酸蓄電池的自然放電損失的電能，該階段將充電電流穩(wěn)定在0.2A左右。

2.2 充電系統(tǒng)仿真

蓄電池充電方式采用三段式充電，第一階段對(duì)蓄電池以最大功率充電，仿真實(shí)驗(yàn)從蓄電池電量的80%開始充電，此時(shí)電池電壓為12.8V。當(dāng)充電電壓達(dá)到14.35V時(shí)，第一階段結(jié)束；第二階段恒壓充電開始，充電電壓恒定為14.35V；第三階段為浮充充電，充電電壓13.8V。

3 結(jié)論

通過matlab軟件仿真得到蓄電池充電仿真如圖2所示。通過仿真波形可看出，蓄電池的充電電壓與設(shè)計(jì)中的理想狀況下最佳充電特性曲線電壓比較接近。這有利于提高蓄電池的充電效率和利用率。實(shí)驗(yàn)表明該控制器可以充分利用太陽(yáng)能并且提高蓄電池的充電速度，延長(zhǎng)蓄電池的壽命。

【參考文獻(xiàn)】

[1]劉軍.改進(jìn)型MPPT算法的太陽(yáng)能充放電控制器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].華南理工大學(xué)，2015.

[2]王猛.光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)逆變器控制策略研究[D].華北電力大學(xué)，2015.

[3]粟梅，李黎明，孫堯，等.獨(dú)立光伏系統(tǒng)用蓄電池充放電策略的設(shè)計(jì)[J].電工文摘，2012，48（1）：127-130.

[4]羅浩.光伏發(fā)電充電與逆變控制研究[D].西安工業(yè)大學(xué)，2015.

[責(zé)任編輯：朱麗娜]endprint