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12kW光储微网系统蓄电池充放电控制方法仿真研究

佟殿馨  
【摘要】:近年来,全球资源问题越来越突出,环境污染也愈发严重,因此,人们对可再生能源的关注日益加深。其中,可再生能源中的光伏发电更是人们关注的焦点。光伏系统能够在并网模式、独立模式下工作,且自我均衡、自我调节能力较强,很大程度上可以降低对电网的扰动,大大增加太阳能利用效率。一般的光伏系统,由负载、太阳能电池板、公共电网、储能设备以及微网系统控制器等部分构成。其中,光伏系统中都必备的组件为储能设备。而光伏系统中使用频率较高的储能设备,是价格低廉、性能优良的铅酸蓄电池。但是,光伏能量最大的特点就是随机性较强,这就大大缩短了铅酸蓄电池的使用时间,因此,想要增加蓄电池的使用时间,就需要我们使用更加高效、科学的充放电控制技术。近年来,全社会的科学技术水平不断提高,新能源以及其对应的技术等也越来越受到人们的关注。双向DC-DC变换器,就是这样一种使用广泛技术,它在电动车能量管理系统、太阳能发电系统、直流不停电电源系统以及航空点源系统等方面都已经成功应用。其中,独立光伏发电系统中,更是将双向DC-DC变换器作为一种传递枢纽,来完成储能单元和直流母线之间的能量交接。所以,研究双向DC-DC变换器控制技术是非常有价值的。本文主要从充电方式出发,研究取值不合适时,电流递减充电方法的运用让蓄电池出现过充、欠充等现象,探讨了蓄电池充放电控制技术在独立光伏系统中的应用,从而给出较为科学的蓄电池SOC(State Of Charge)电流递减充电法。具体操作过程是,首先算出充电电流衰减系数(马斯定律),根据安时法对蓄电池SOC的充电倍率进行实时的估算,然后用最高充电电压停止充电过程。要判断蓄电池放电过程的异常与否,可以通过改变直流母线的电压值方式实现。接着对双向DC-DC变换器的概念、构成方法的基础上提出双向全桥DC-DC变换器,介绍它的工作原理,用其作为本文充放电控制的主电路。这种变换器一般有充电和放电两种模式,充电模式下,驱动信号会出现在高压侧开关管上,低压侧则封锁了驱动信号;放电模式下,驱动信号则出现在低压侧开关管中,高压侧封闭驱动信号,两种模式完全相反。另外,还对现有的变换器工作模式中存在、潜在的问题进行了深入研究,接着该对双向全桥DC-DC变换器的控制模型进行研究并分析变换器的闭环系统稳定性,最终得出使用的主电路模型。然后对确定的主电路和选定的充放电方式进行MATLAB/SIMULINK仿真,对选择的主电路和选择的充放电方法进行可行性验证。最后设计蓄电池充放电系统的部分硬件电路和软件流程图,并最终得出以TMS320F28335为主控芯片的充放电控制系统。经论证分析,说明这个系统可以正常切换蓄电池的充放电模式,并选择合适的充放电途径,并正确估算蓄电池SOC等。


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