劉冬輝 王 楠 田 赟

（北方民族大學(xué)電氣信息工程學(xué)院，寧夏銀川750021）

0 引言

近年來(lái)世界經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，能源需求增大，市場(chǎng)上風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用層次逐漸提高，世界各地更加注重對(duì)風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)的深入研究。風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)由光伏發(fā)電裝置[1]、風(fēng)電裝置等分布式電源與蓄電池儲(chǔ)能裝置等組成，儲(chǔ)能裝置主要用于儲(chǔ)存電能及逆變器的供電。風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)儲(chǔ)能裝置在長(zhǎng)期運(yùn)行中蓄電池經(jīng)常受過(guò)充或過(guò)放影響，致使其內(nèi)部受損，儲(chǔ)能效率下降?，F(xiàn)如今，研究蓄電池儲(chǔ)能、放能控制成為風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)規(guī)?；l(fā)展的熱門話題。

DC-DC變換在蓄電池儲(chǔ)能中應(yīng)用廣泛，利用DC-DC變換器可將輸入紋波系數(shù)較小的直流電轉(zhuǎn)化為適合蓄電池充電的直流電壓，通過(guò)加入PI控制器反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)PWM波占空比，實(shí)現(xiàn)先恒流后恒壓的蓄電池充電過(guò)程和恒壓放電過(guò)程，提高蓄電池充放電效率和運(yùn)行穩(wěn)定性，防止蓄電池過(guò)度充電、過(guò)度放電和二次充電。

1 儲(chǔ)能裝置充放電控制分析

DC-DC變換器模型基于斬波電路搭建，采用脈沖寬度調(diào)制方式控制，維持晶閘管開(kāi)關(guān)周期恒定，通過(guò)調(diào)節(jié)PWM占空比α改變電路輸出端電壓，控制蓄電池電信號(hào)動(dòng)態(tài)輸出。

1.1 DC-DC變換器模型

DC-DC變換器電路主要由蓄電池充電電路、放電電路和檢測(cè)保護(hù)電路三部分組成，其模型如圖1所示。蓄電池充電電路主體由BUCK拓?fù)潆娐泛蚉I控制器閉環(huán)反饋電路組成，通過(guò)控制蓄電池充電電路先恒流輸出并逐漸升高電壓，待電壓達(dá)到預(yù)期值，控制輸出電壓電流恒定，保持恒壓恒流充電。放電電路主體由BOOST拓?fù)潆娐泛蚉ID控制器閉環(huán)反饋電路組成，通過(guò)反饋控制電路控制蓄電池輸出電壓保持恒定，降低輸出直流電的紋波系數(shù)。

圖1 DC-DC變換器模型

1.1.1 蓄電池充電控制模型

蓄電池充電控制模型如圖2所示，Buck拓?fù)潆娐穂2]通過(guò)控制PWM占空比α使輸入端向蓄電池供電，檢測(cè)電路采集輸出電壓值Uout1與期望電壓值U0作差，利用PI調(diào)節(jié)與Buck電路輸出電流值作差，再通過(guò)PI調(diào)節(jié)反饋到MCU改變PWM波信號(hào)占空比α，從而構(gòu)成閉環(huán)反饋系統(tǒng)。

圖2 蓄電池充電控制模型

1.1.2 蓄電池放電控制模型

蓄電池放電控制模型如圖3所示，Boost拓?fù)潆娐穂2]通過(guò)PWM波控制晶閘管的導(dǎo)通關(guān)斷結(jié)合電感、電容充放電向負(fù)載供電。由檢測(cè)電路采集輸出電壓值Uout2與設(shè)定電壓值U1作差，利用PID調(diào)節(jié)反饋到PWM波占空比α控制端，構(gòu)成恒壓輸出控制系統(tǒng)。

圖3 蓄電池放電控制模型

1.2 蓄電池充放電控制原理

蓄電池充電方式一般為恒壓充電，為防止蓄電池虧電嚴(yán)重時(shí)充電電流過(guò)大損壞電池，在蓄電池充電控制電路中引入電流電壓閉環(huán)控制系統(tǒng)，控制充電電流先以恒定值輸出，后逐漸降低直至電壓穩(wěn)定。蓄電池放電過(guò)程采用恒壓放電，初始電壓偏高，隨著時(shí)間變化輸出電壓逐漸降低，為提高蓄電池供電效率和供電穩(wěn)定性，在此基礎(chǔ)上加入放電閉環(huán)控制系統(tǒng)，將輸出電壓作為受控對(duì)象，經(jīng)過(guò)PID控制器調(diào)節(jié)反饋到放電電路控制端，保持輸出電壓恒定。

1.2.1 蓄電池充電控制原理

蓄電池充電控制主要通過(guò)控制輸入蓄電池的電壓、電流信號(hào)完成。由充電電壓值與期望電壓值作差，經(jīng)PI控制器調(diào)節(jié)限幅，作為輸入信號(hào)與充電電流值作差，經(jīng)響應(yīng)速度更快的PI控制器調(diào)節(jié)后作為控制信號(hào)接入充電電路控制端，構(gòu)成先恒流充電后恒壓恒流充電的控制過(guò)程。

1.2.2 蓄電池放電控制原理

蓄電池放電過(guò)程通過(guò)將輸出電壓Uout2反饋到輸入端作為輸入值，經(jīng)限幅與預(yù)期電壓值作差，調(diào)節(jié)PID中比例放大系數(shù)Kp、積分放大系數(shù)Ki和微分放大系數(shù)Kd三個(gè)系數(shù)控制PWM波輸出占空比α，進(jìn)而由Boost電路控制蓄電池輸出電壓值Uout2，使蓄電池放電電壓保持恒定。

2 儲(chǔ)能裝置充放電控制仿真

通過(guò)仿真得出充電控制電路輸出電壓電流波形如圖4所示，輸出電壓Uout1的波形呈一定斜率上升到預(yù)設(shè)電壓值U0后保持恒定，輸出電流Iout以恒定電流輸出，直到輸出電壓逐漸增加到U0后，Iout逐漸減小至保持恒定，以恒定電壓、恒定電流輸出。

圖4 充電電路輸出電壓電流波形

DC-DC控制器輸出電壓波形如圖5所示，輸出電壓Uout2升高到預(yù)設(shè)電壓值U1，由放電控制電路動(dòng)態(tài)穩(wěn)定。

圖5 放電電路輸出電壓波形

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)仿真可知，DC-DC變換器模型能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期充放電效果并達(dá)到期望電壓值，驗(yàn)證了DC-DC變換器模型控制蓄電池先以恒電流充電，待充電電壓升高后再以恒電壓恒電流充電的模式，及恒電壓方式放電，能提高蓄電池儲(chǔ)能裝置工作效率，防止蓄電池過(guò)充電、過(guò)放電和二次充電。

[1]郭華棟.基于B/S結(jié)構(gòu)的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與監(jiān)控[D].沈陽(yáng)：東北大學(xué)，2014.

[2]王兆安，劉進(jìn)軍.電力電子技術(shù)[M].5版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009：120，124.