光伏发电系统蓄电池充电控制策略研究

摘要

光伏发电是在当前全球化石能源危机情形下广泛研究和采用的清洁能源供电方式。整个光伏发电系统包含几个部分，其中蓄电池作为光伏电能不足或者大电网突然断电的后备应急电源，它在光伏系统中的地位举足轻重。采用安全、经济、环保的蓄电池，以及合理的充放电方式，能够减小蓄电池的使用和维护成本，从而进一步提升光伏发电的价值。本文选用磷酸铁锂电池作为并网光伏发电系统的蓄电池，提出用MPPT与恒流-恒压充电方法相结合的充电方式给电池充电。
　　本课题以光伏发电为研究背景，研究光伏系统中蓄电池的充电管理技术。本文首先讲述了蓄电池充电技术的研究现状，确定研究本课题的意义和主要内容。其次，研究了磷酸铁锂电池的特性、影响电池SOC的因素以及电池管理系统，以便根据电池特点确定充电方法。接着，介绍了光伏发电系统中光伏电池的输出特性和最大功率跟踪的方法，通过不同跟踪方法的对比确定采用变步长电导增量法进行最大功率跟踪。最后，确定磷酸铁锂电池充电控制策略，先利用Boost电路将跟踪到的电压升压到固定的直流电压，再利用Buck电路将直流电压降压给电池充电，这个过程采用恒流-恒压充电方式。通过Matlab/Simulink仿真和搭建磷酸铁锂电池充电实验平台，验证了这种充电控制策略的有效性。
　　通过仿真波形和实验结果可知，MPPT与恒流-恒压充电方法相结合的充电控制策略，既可以将光伏电池输出的电能以较高的效率传送给下一级，又能较快、较安全地给磷酸铁锂电池充电，延长电池的使用寿命。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 光伏发电系统结构

1．2．1 独立光伏发电系统

1．2．2 并网光伏发电系统

1．2．3 分布式光伏发电系统

1．3 蓄电池管理技术研究现状

1．3．1 蓄电池充电技术研究现状

1．3．2 蓄电池充电装置研究现状

1．3．3 蓄电池保护技术研究现状

1．4 本文主要研究内容及章节安排‘

2 磷酸铁锂电池概述

2．1 磷酸铁锂电池

2．1．1 电池的工作原理

2．1．2 电池的特性

2．2 影响磷酸铁锂电池SOC的因素

2．2．1 充电特性

2．2．2 放电特性

2．2．3 温度因素

2．2．4 放电倍率因素

2．2．5 循环寿命因素

2．3 磷酸铁锂电池管理系统

2．4 本章小结

3 光伏系统概述

3．1 光伏电池工作原理

3．2 光伏电池等效电路与输出特性

3．2．1 光伏电池的等效电路

3．2．2 光伏电池的输出特性

3．3 光伏系统最大功率跟踪方法

3．3．1 MPPT控制电路

3．3．2 MPPT控制方法

3．4 光伏电池和MPPT电路的建模与仿真

3．4．1 光伏电池的建模与仿真

3．4．2 MPPT控制电路的建模与仿真

3．5 本章小结

4 光伏发电系统蓄电池充电控制策略

4．1 最大功率点跟踪方法设计

4．2 磷酸铁锂电池充电控制策略

4．3 磷酸铁锂电池充电控制电路设计

4．4 MPPT和磷酸铁锂电池充电仿真

4．4．1 MPPT的建模和仿真

4．4．2 磷酸铁锂电池充电仿真

4．5 本章小结

5 磷酸铁锂电池充电系统实验

5．1 磷酸铁锂电池充电系统实验设计

5．2 主电路设计

5．2．1 Buck电路参数设计

5．2．2 Buck电路元器件选型

5．3 辅助电路设计

5．3．1 采集电路设计

5．3．2 驱动电路设计

5．3．3 过电压保护电路设计

5．3．4 实验硬件电路

5．4 电池充电系统软件设计

5．4．1 主程序设计

5．4．2 中断程序设计

5．5 实验结果

5．6 本章小结

6 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 后续的研究工作展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果