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        一種風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)的容式儲(chǔ)能弱功率跟蹤控制充電方法

        2017-04-26 09:05:21何建國(guó)傅定文趙宏波李林
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2017年9期
        關(guān)鍵詞:充電

        何建國(guó)+++傅定文+++趙宏波+++李林強(qiáng)+++敖選+++付文佳

        摘 要:風(fēng)力發(fā)電和太陽(yáng)能發(fā)電由于其無(wú)污染、資源豐富等諸多優(yōu)點(diǎn),對(duì)保護(hù)環(huán)境,改善能源結(jié)構(gòu)具有重要意義??刂破魇秋L(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)的核心,目前采用常規(guī)的是風(fēng)力和太陽(yáng)能發(fā)電輸出的電能經(jīng)整流濾波電路后變成直流電,這種方法在風(fēng)速相對(duì)較低或者弱光照的時(shí)候,有時(shí)產(chǎn)生電壓甚至低于蓄電池的電壓,發(fā)出的電能不能被充入蓄電池而損失。針對(duì)以上存在問(wèn)題,該研究針對(duì)這種充電方式提出一種風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)的容式儲(chǔ)能弱功率跟蹤控制充電方法,該方法使系統(tǒng)在低風(fēng)速或弱光照時(shí)利用這一部分能量并有效的對(duì)蓄電池充電,提高風(fēng)力和太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的能量利用率。

        關(guān)鍵詞:風(fēng)光互補(bǔ);容式儲(chǔ)能;弱功率跟蹤;充電

        1 概述

        風(fēng)力發(fā)電和太陽(yáng)能發(fā)電由于其無(wú)污染、資源豐富等諸多優(yōu)點(diǎn),對(duì)保護(hù)環(huán)境,改善能源結(jié)構(gòu)具有重要意義。由于風(fēng)能和太陽(yáng)能在資源條件和技術(shù)應(yīng)用上都有很好的互補(bǔ)性。隨著新能源發(fā)電的不斷推廣與風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電技術(shù)的不斷成熟[1],風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)作為一種靈活、較為穩(wěn)定的能源供給系統(tǒng)必將成為今后新能源發(fā)展的熱點(diǎn),并將得到廣泛的發(fā)展與應(yīng)用。

        風(fēng)能和光伏的天然波動(dòng)性是無(wú)法控制的[2],風(fēng)力發(fā)電的實(shí)際風(fēng)能利用系數(shù)低于0.593,太陽(yáng)能存在天陰、早晚弱光照等低功率無(wú)法利用的情況,因此充分利用發(fā)電輸出量是很重要的。目前風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電控制系統(tǒng)中風(fēng)力和太陽(yáng)能發(fā)電輸出的電能經(jīng)整流濾波電路后變成直流電,采樣控制電路通過(guò)采集風(fēng)力發(fā)電機(jī)或太陽(yáng)板發(fā)電數(shù)據(jù)、蓄電池充放電的電壓電流數(shù)據(jù),確定是否閉合開關(guān)電路對(duì)蓄電池進(jìn)行充電。在風(fēng)速高或光照強(qiáng)的時(shí)候,這種控制方法效果不錯(cuò),可是在風(fēng)速相對(duì)較低或者弱光照的時(shí)候,風(fēng)機(jī)或太陽(yáng)能所產(chǎn)生的電壓電流都比較低,這樣的小電流對(duì)蓄電池充電效率很低,有時(shí)產(chǎn)生的電壓甚至低于蓄電池的電壓,過(guò)低的充電電壓,可能引起電池深度放電[3]。目前關(guān)于風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電的技術(shù)主要針對(duì)的是太陽(yáng)能和風(fēng)能的充電控制,但未對(duì)弱功率充電有專門的研究。

        2 容式儲(chǔ)能弱功率跟蹤控制原理

        2.1 容式儲(chǔ)能弱功率跟蹤控制技術(shù)

        電能的存儲(chǔ)環(huán)節(jié)主要圍繞蓄電池進(jìn)行,它在整個(gè)系統(tǒng)中能起到能量調(diào)節(jié)和平衡負(fù)載的作用[4]。在風(fēng)速相對(duì)較低或者弱光照的時(shí)候,風(fēng)機(jī)或太陽(yáng)能光伏組件所產(chǎn)生的電壓電流都比較低,這樣的小電流對(duì)蓄電池充電效率很低,有時(shí)產(chǎn)生的電壓甚至低于蓄電池的電壓,發(fā)出的電能不能被充入蓄電池而損失。容式儲(chǔ)能弱功率跟蹤控制技術(shù)通過(guò)在蓄電池前加一個(gè)容量很大的電容儲(chǔ)能器件,將低風(fēng)速或弱光照時(shí)風(fēng)機(jī)和組件所發(fā)出的電能先對(duì)這個(gè)儲(chǔ)能器件充電,然后再通過(guò)“跟蹤控制系統(tǒng)”對(duì)蓄電池充電,從而使風(fēng)機(jī)和組件所產(chǎn)生的電能得到充分的利用,提高風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的能量利用率。

        2.2 負(fù)載跟蹤控制技術(shù)

        與太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)一樣,當(dāng)風(fēng)力機(jī)輸出能量多于負(fù)載和蓄電池吸收的能量時(shí),可采用負(fù)載跟蹤控制來(lái)調(diào)節(jié)系統(tǒng)功率輸出。負(fù)載跟蹤控制使風(fēng)力機(jī)葉尖速比偏離最佳值,從而降低風(fēng)能利用系數(shù),以保證風(fēng)機(jī)的輸出功率與負(fù)載消耗功率和充入蓄電池的功率相匹配。控制器將蓄電池的充電電流與負(fù)載電流之和作為給定輸入與DC/DC變換器的輸出電流進(jìn)行比較,將其誤差經(jīng)過(guò)PID調(diào)節(jié)后產(chǎn)生PWM控制信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)DC/DC變換器的占空比[5],從而實(shí)現(xiàn)負(fù)載跟蹤控制。負(fù)載跟蹤控制可使變換器的輸出電流始終滿足蓄電池和負(fù)載的需要,使風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率始終與負(fù)載功率和充入蓄電池的功率之和相平衡。

        3 容式儲(chǔ)能弱功率跟蹤控制充電裝置

        圖1為控制方法工作原理圖,圖中1為風(fēng)力和太陽(yáng)能發(fā)電、2為整流濾波電路、3為第一開關(guān)電路、4為第二開光電路、5儲(chǔ)能元件、6控制采樣電路、7蓄電池、8控制中心。

        裝置工作流程:風(fēng)力和太陽(yáng)能發(fā)電組件配置的風(fēng)機(jī)和太陽(yáng)板額定電壓為蓄電池電壓的1.6倍,當(dāng)風(fēng)力比較強(qiáng)或者太陽(yáng)光照比較強(qiáng)的時(shí)候,控制中心通過(guò)控制采樣電路。對(duì)整流濾波電路上輸出的電壓值實(shí)時(shí)采樣為高電位值,則控制中心發(fā)出指令同時(shí)閉合第一開關(guān)電路和第二開關(guān)電路,這時(shí)風(fēng)力和太陽(yáng)能發(fā)電組件產(chǎn)生的電能經(jīng)整流濾波電路后直接對(duì)蓄電池進(jìn)行充電;當(dāng)風(fēng)力較弱或者陽(yáng)光照射不足時(shí),控制中心通過(guò)控制采樣電路對(duì)整流濾波電路上輸出的電壓值實(shí)時(shí)采樣為低電位值,這時(shí)由于蓄電池的拉低作用,使這個(gè)電壓值小于能夠繼續(xù)對(duì)蓄電池充電的電壓,控制中心發(fā)出指令將第一開關(guān)電路閉合,第二開關(guān)電路斷開,由風(fēng)力和太陽(yáng)能發(fā)電組件先對(duì)儲(chǔ)能元件充電,當(dāng)儲(chǔ)能元件的電壓充電達(dá)到1.25倍蓄電池電壓時(shí),控制中心發(fā)出指令斷開第一開關(guān)電路,對(duì)儲(chǔ)能元件的充電完成,緊接著控制中心發(fā)出指令閉合第二開關(guān)電路,這時(shí)儲(chǔ)能元件開始對(duì)蓄電池充電,完成一整個(gè)充電循環(huán)。這樣的充電循環(huán)通過(guò)控制中心的控制不斷進(jìn)行,直到蓄電池充滿為止。這樣在風(fēng)力較弱或者陽(yáng)光照射不足時(shí),風(fēng)力和太陽(yáng)能發(fā)電組件產(chǎn)生的弱電能也能夠?qū)π铍姵赜行С潆?,從而提高了風(fēng)力和太陽(yáng)能發(fā)電的能量利用率。

        控制原理:包括高風(fēng)速或太陽(yáng)光較強(qiáng)時(shí)充電控制、低風(fēng)速或太陽(yáng)光較弱時(shí)充電控制。

        4 結(jié)束語(yǔ)

        容式儲(chǔ)能弱功率跟蹤控制系統(tǒng),通過(guò)測(cè)量充電電壓,對(duì)比充電閾值,合理的控制充電回路,能夠充分利用低風(fēng)速或弱光照時(shí)產(chǎn)生的電能對(duì)電池充電,提高了系統(tǒng)的能量利用率,電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,成本低廉,控制穩(wěn)定實(shí)效,可用于中小功率的風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng),如風(fēng)光互補(bǔ)路燈。風(fēng)光互補(bǔ)容式儲(chǔ)能弱功率跟蹤控制充電系統(tǒng),低風(fēng)速或弱光照時(shí),風(fēng)力和太陽(yáng)能發(fā)出的電流電壓較低,不能對(duì)蓄電池有效充電,在蓄電池前加一個(gè)容量較小的電容儲(chǔ)能元件,在低風(fēng)速或弱光照情況時(shí)風(fēng)力和太陽(yáng)能發(fā)出的電能先對(duì)這個(gè)儲(chǔ)能元件充電,然后再通過(guò)這個(gè)儲(chǔ)能元件對(duì)蓄電池充電,從而使風(fēng)力和太陽(yáng)能產(chǎn)生的電能得到充分的利用,實(shí)現(xiàn)風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)充電效益最大化,還能減小電池板或風(fēng)機(jī)配比,降低成本。

        參考文獻(xiàn)

        [1]王銀杰,胡國(guó)文,王林.風(fēng)光互補(bǔ)智能充電控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].能源研究與信息.

        [2]張學(xué)慶,劉波,葉軍,等.儲(chǔ)能裝置在風(fēng)光儲(chǔ)聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].華東電力,2010(01):1894-1896.

        [3]柳厚填,周偉舫.充電電壓對(duì)鉛蓄電池及其電極性能的影響[J].復(fù)旦學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),1988,27(452):52.

        [4]劉燁.離網(wǎng)型風(fēng)光互補(bǔ)路燈系統(tǒng)智能控制器的研究[D].泉州:華僑大學(xué),2011.

        [5]滕道樣.小功率風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)最大功率跟蹤之變步長(zhǎng)擾動(dòng)法研究[J].徐州工程學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2012(04):20-22.

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