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        智能型太陽能蓄電裝置監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

        2018-11-14 10:44:00遼寧石油化工大學(xué)信息與控制工程學(xué)院單海歐王天施
        電子世界 2018年20期
        關(guān)鍵詞:充放電蓄電池太陽能

        遼寧石油化工大學(xué)信息與控制工程學(xué)院 董 旭 單海歐 王天施

        引言:隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,變配電所的智能化要求也越來越高,本設(shè)計提出電阻放電的方式對太陽能蓄電池進行恒流放電,并設(shè)計智能截止電路,使用蓄電池監(jiān)測模塊監(jiān)測蓄電池放電過程中的狀態(tài)。系統(tǒng)界面簡單易用,整個系統(tǒng)操作簡單,已推廣應(yīng)用。

        1.前言

        目前,生活工業(yè)環(huán)境用電的場所越來越多,對電能要求質(zhì)量也越來越嚴(yán)格,而在電能質(zhì)量管理系統(tǒng)中,準(zhǔn)確測量、斷電保護、失電保護等的檢測環(huán)節(jié)是要解決的主要問題。蓄電池的應(yīng)用也越來越廣泛,蓄電池存在充放電過程,電池的兩端變化范圍非常小,如何檢測變化值,對于檢測環(huán)節(jié)要求精度非常高,同時電池在充放電過程中,端電壓和流過的電流的變化,會對用電設(shè)備產(chǎn)生影響,測量保護環(huán)節(jié)準(zhǔn)確程度會受很大干擾,當(dāng)前,對于電池電量的預(yù)測檢測技術(shù)有許多,但是由于電池內(nèi)部的非線性以及不確定性,影響算法的實施,本設(shè)計的太陽能蓄電池檢測系統(tǒng)很好的解決了此問題。

        2.系統(tǒng)設(shè)計

        本系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)的太陽能智能蓄電池監(jiān)測系統(tǒng),是由蓄電池太陽能放電和智能監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)成,如圖1所示。對于太陽能同時對儲能系統(tǒng)進行充電,當(dāng)太陽能能量不足,由電路并聯(lián)的蓄電池系統(tǒng)解決此問題,同時檢測測量環(huán)節(jié)觀測蓄電池端電壓和流過電流的變化值。蓄電池放電環(huán)節(jié)由專用檢測放電系統(tǒng)構(gòu)成,當(dāng)電壓值達到給定截止電壓后,電池智能停電,實現(xiàn)智能系統(tǒng)控制要求。第二個系統(tǒng)由測量芯片DS2438構(gòu)成,監(jiān)控電池的變化規(guī)律和指標(biāo),采用單片機芯片AT89S52,控制采集蓄電池的電壓和流過的電流值,傳輸?shù)斤@示芯片。本設(shè)計通過測試在外在因素變化時,仍然能夠?qū)π铍姵氐碾妷壕S持穩(wěn)定,并且自動停電,同時對整個過程實現(xiàn)動態(tài)跟隨監(jiān)視,通過使用本系統(tǒng)設(shè)計能延長蓄電池的使用壽命。

        圖1 充放電系統(tǒng)

        監(jiān)控系統(tǒng)主要由電流傳感器、電壓傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器等多種傳感器構(gòu)成,同時監(jiān)測使用專用芯片DS2438與AT89S52單片機。根據(jù)設(shè)計要求的數(shù)值指標(biāo),要監(jiān)視太陽能和蓄電池系統(tǒng)實際電流的變化,同時也要檢測在充電和放電過程指標(biāo)的動態(tài)變化,在檢測電流的同時也要使蓄電池兩端的電壓跟隨電流的動態(tài)變化規(guī)律,在電流電壓變化的同時要求調(diào)整和監(jiān)控、顯示數(shù)值,達到控制要求。本設(shè)計能在天氣光照不足的情況下,啟動蓄電池系統(tǒng),進行穩(wěn)定放電,同時智能檢測控制電壓電流數(shù)值;使數(shù)值基本跟隨平穩(wěn)跟隨給定數(shù)值,變化范圍控制在10%范圍,智能斷電;而且在放電結(jié)束,對于蓄電池的剩余電壓值進行檢測,進行充電環(huán)節(jié)和顯示、保護回流。

        3.系統(tǒng)組成

        本設(shè)計采用恒流放電模塊,放電截止模塊,放電監(jiān)測模塊,太陽能模塊,安全保護模塊,顯示模塊,控制模塊組成。系統(tǒng)設(shè)計完整的系統(tǒng)框圖如圖2所示。通過光敏探頭監(jiān)測陽光的光照狀態(tài),根據(jù)所述光照狀態(tài)及位置監(jiān)測設(shè)備啟動水平方位直流伺服電機連接的太陽能追蹤采集系統(tǒng);將所述光信號及所述風(fēng)信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽粚⑺鍪S嗟碾娏客ㄟ^三端口雙向DC/DC變流器向儲能系統(tǒng)中充電;或通過三端口雙向DC/DC變流器從所述儲能系統(tǒng)提取電量,向負(fù)載進行發(fā)電。通過監(jiān)控器及管理器按照預(yù)設(shè)的優(yōu)化控制算法對太陽能追蹤采集系統(tǒng)、智能充電裝置、儲能系統(tǒng)進行控制,以便太陽能追蹤采集系統(tǒng)及風(fēng)能系統(tǒng)將電能經(jīng)過三端口雙向DC/DC變流器向負(fù)載發(fā)電,和/或?qū)⑹S嚯娏客ㄟ^三端口雙向DC/DC變流器存儲在儲能系統(tǒng)中,所述監(jiān)控器包括系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控、充放電控制、參數(shù)設(shè)定、能量管理、聯(lián)網(wǎng)通信,所述管理器包括數(shù)據(jù)采集、并網(wǎng)協(xié)調(diào)。

        圖2 系統(tǒng)組成

        1、蓄電池組:可對蓄電池進行恒流放電。

        2、恒流放電模塊:主要由全控電力MOSFET管和晶體管組成的運放構(gòu)成,關(guān)鍵解決對蓄電池的穩(wěn)定放電問題。

        3、放電截止模塊:主要由電力IGBT等器件構(gòu)成,用比較放大器實現(xiàn)蓄電池端電壓如何跟隨給定指標(biāo)的問題,當(dāng)蓄電池兩端電壓值降落到給定的截止電壓值時候,此模塊去控制蓄電池放電停止。

        4、放電監(jiān)測模塊:主要由52系列單片機及DS2348專用電池監(jiān)測芯片夠成,解決如何在動態(tài)過程中準(zhǔn)確實時采集蓄電池兩端的電壓、流過電流的數(shù)值,同時通過顯示環(huán)節(jié)顯示電壓電流數(shù)值。

        5、顯示模塊:由液晶顯示芯片構(gòu)成,解決蓄電池充放電的動態(tài)工作過程的顯示,以及充放電過程中電流電壓的數(shù)值。

        6、控制模塊:由控制電力電子器件構(gòu)成,根據(jù)控制要求和指標(biāo)、顯示數(shù)值,啟動此模塊。

        7、太陽能模塊:由MPPT環(huán)節(jié)構(gòu)成,使太陽能的采集能達到最大功率要求,通過DC/DC電路進行轉(zhuǎn)換。

        8、安全保護模塊:對整個電路提供短路、過流過壓和電池反向保護。

        本設(shè)計的恒流放電模塊電阻R放電方式?jīng)Q定,通過使用MOSFET場效應(yīng)管和運放芯片、以及隔離保護電路構(gòu)成,放電電路達到的程度要求很高,如果額定值0.5AH鎘鎳蓄電池,本設(shè)計能使其輸出電流恒定在80mA左右,如果額定值0.11AH鎘鎳蓄電池,本設(shè)計能使輸出電流恒定在33mA左右。系統(tǒng)采用電力電子器件的工作特性與運放的線性反饋特效穴,綜合作用來實現(xiàn)蓄電池的平穩(wěn)充放電過程。

        4.結(jié)束語

        本設(shè)計采用電阻的方式方法對太陽能蓄電池進行恒流充放電,同時針對使用整流濾波環(huán)節(jié)來解決放電過程中存在的不足問題,最終實現(xiàn)精準(zhǔn)的蓄電池恒流放電,在系統(tǒng)中加入了智能截止電路,在蓄電池恒流放電到截止電壓時自動停止放電,防止蓄電池出現(xiàn)過放現(xiàn)象,損壞蓄電池,通過監(jiān)測模塊監(jiān)測動態(tài)監(jiān)視電壓電流的變化規(guī)律,實現(xiàn)最優(yōu)控制,達到了生活中對電能質(zhì)量的要求,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,實現(xiàn)方便,具有非常大的實用價值,滿足人們生活生產(chǎn)需要。

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