基于无线传感器网络大规模电池组充放电效能优化控制系统

摘要

蓄电池作为最常用的储能设备，广泛应用于国民经济的各个部门。随着国家科学发展和节能减排的不断推进，《铅蓄电池行业准入条件》即将颁布，势必淘汰落后产能，促使得蓄电池企业生产规模成倍增大。目前普通蓄电池化成车间化成规模已由原来的几千节激增至现在20000到45000节，每天充放电电能大约在5000千伏安时至10000千伏安时之间。由于传统的充放电系统针对单路蓄电池组为控制对象设计，没有考虑大规模蓄电池充放电的情况。所以充放电蓄电池规模扩大后，没能进一步实现效能优化。而且随着蓄电池规模扩大，有线监测系统的布线以及线路防干扰防腐蚀的问题也越发凸出。
　　 本文针对大规模蓄电池充放电过程，依托无线传感器网络技术、电力电子技术和模糊控制技术，进行系统效能优化的研究。主要完成了以下内容：
　　 (1)针对大规模蓄电池的系统主电路：设计设计利用直流母线作为平台的充放电系统主电路，将多组DC/DC单元连接起来，利用系统的蓄电池规模，使放电蓄电池电能最大限度地用于充电蓄电池，放电多出的部分电能通过DC/AC单元逆变回电网，充电不足部分电能通过AC/DC单元由电网整流补充，发挥大规模的优势实现系统效能优化。
　　 (2)通过无线传感器网络运用无线传感器网络监测蓄电池状态，除了采集常规的电压、电流和温度外，进一步监测蓄电池的内阻和安时值。以单路蓄电池组最高单节温度和最大单节内阻作为输入，经过模糊运算，输出比例常数Kp和积分常数Ti，实现充放电PI控制参数实时动态调节。使得系统控制对象由传统的蓄电池组改进为蓄电池，提高系统控制精度降低能耗。并且解决了大规模布线、线路干扰和酸雾腐蚀的问题。
　　 样机测试结果表明：在系统所有蓄电池组都处于充/放电状态时，设计系统的效率高于当前充放电机组成的系统2％。当部分蓄电池组处于充电，另一部分放电时，设计系统在能效、谐波含量、功率因素三个指标上都显著优于现有系统。综合各种情况，系统效率相对于传统充放电系统平均高4％，以车间每天充放电能5000千伏安时来计算，所设计系统每天每车间节省电能200千伏安时，每年每车间节省73000千伏安时。