[发明专利]一种应用于独立光伏发电系统的高效光伏充电控制方法

说明书

技术领域

本发明属于光伏发电领域，具体涉及一种应用于独立光伏发电系统的高效光伏充电控制方法。

背景技术

太阳能作为一种新型能源，以资源丰富、清洁环保、受地域限制小等优点，已得到广泛的应用，其中光伏发电显得尤为突出。但是，目前独立光伏发电系统中蓄电池使用寿命短、充电效率低的问题比较突出。

充电控制方法是充电控制器的核心，它的好坏直接影响独立光伏发电系统中蓄电池的寿命以及系统的工作效率。在独立光伏发电系统中常用的充电方法有恒流充电、恒压充电、3阶段充电、慢脉冲充电等方法。恒流充电在充电后期容易析出气体影响蓄电池的质量和寿命；恒压充电在充电前期同样会析出气体；慢脉冲充电虽然是一种利用大电流快速充电的方法，但是当光伏电池输出的功率有限时，达不到预期的充电效果；3阶段充电法包括恒流、恒压、恒流3个阶段，该方法避免了恒压、恒流充电时析气的缺点，而且效率较高，因此比较适合于中小功率的独立光伏发电系统，但系统容易长时间工作在过放状态，导致蓄电池的活性降低，直接影响蓄电池的工作寿命。

光伏电池阵列的输出具有强烈的非线性，在特定环境下存在着唯一的最大功率点，并且随着日照强度和电池温度的改变，最大功率点不断变化。为了充分利用光伏电池所转化的能量，就存在一个最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking，MPPT)的问题。工程实践中实现最大功率点跟踪常用的方法有：恒定电压法、扰动观测法和电导增量法。恒定电压法控制简单，但这种控制方式忽略了温度的影响，仅适用于对控制精度要求不高的情况下；电导增量法控制效果较理想，但其算法实现时需要反复微分运算，计算量大，对控制器、传感器要求较高，不适合应用于低成本的独立光伏发电系统中；扰动观测法能快速准确进行MPPT控制，但是系统必须引入扰动，寻优的最后结果是系统在最大功率点附近来回振荡，跟踪精度和响应速度无法兼顾，在日照、温度急剧变化时容易发生误判。

发明内容

为了解决现有技术中独立光伏发电系统中蓄电池使用寿命短、充电效率低的问题，本发明提出一种应用于独立光伏发电系统的高效光伏充电控制方法。

一种应用于独立光伏发电系统的高效光伏充电控制方法，包括MPPT充电、恒压充电、浮充电三个阶段，具体为：

一、MPPT充电

首先根据蓄电池状态确定蓄电池的充满电压设定值，然后通过最大功率点跟踪方法改变充电脉冲占空比，使光伏电池输出功率达到最大，对蓄电池进行快速充电，直到蓄电池电压上升到充满电压设定值，此时蓄电池荷电系数为100％；

二、恒压充电

当蓄电池荷电系数达到100％后，调整充电脉冲占空比，对蓄电池进行恒压充电，使其电压维持在蓄电池的充满电压设定值附近，直至恒压充电定时器计时结束；

三、浮充电

恒压充电完成后，将充电目标电压调整为浮充电压，对蓄电池进行浮充电，使其电压维持在浮充电压附近，保持电量的饱满；

在恒压充电和浮充电充电的阶段，若负载电流大于充电电流，则蓄电池电压设定值无法维持，若蓄电池电压降至提升恢复电压以下，蓄电池将重新进行MPPT充电。

本发明的优点在于：

(1)本发明的高效光伏充电控制方法包括MPPT、恒压、浮充三个阶段，其中恒压充电阶段分为提升充电和均衡充电两种。

MPPT充电阶段充分利用了光伏电池所转化的电能，提高了充电效率，避免蓄电池长时间处于过放状态；恒压充电和浮充电既保证了蓄电池的完全充电，又能尽量减少蓄电池析气和失水。

独立光伏发电系统中，蓄电池经常处于过放状态。对于过放的蓄电池，适当的均衡充电可以搅动电解质，引起蓄电池电极的去极化反应，从而使蓄电池工作在最佳状态，寿命得到有效延长。

(2)本发明的最大功率点跟踪方法，通过采样开路电压后进行最大功率点预判，大大提高了系统初始工作时的最大功率点跟踪的速率，实验条件下，最大功率点跟踪时间不超过15s；通过变步长寻优，解决了自寻优算法跟踪精度和响应速度之间的矛盾；通过连续扰动五点后的判断，消减了天气条件快速变化时的误判；并通过寻优结束后的滞后比较，使系统在最大功率点附近的震荡得到了有效缓解。通过Topcon公司的SASController系统测试，本发明的静态最大功率点跟踪效率在99％以上，动态最大功率点跟踪效率在95％以上。

(3)本发明通过能量控制，实时检测蓄电池电压和充电电流，通过改变充电脉冲占空比、开关充电回路，防止蓄电池过充电或过放电，保护蓄电池并延长其使用寿命。

附图说明