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混合储能的独立光伏系统充电控制研究

发布时间:2020-07-01 00:40:23 阅读: 来源:理发器厂家

摘要:超级电容的功率密度大,循环寿命长,很适合与能量密度大的蓄电池相结合,共同组成独立式光伏发电系统的储能部分。在此分析比较了两种储能器件的各项参数,针对光伏发电系统的特点,提出了一种应用于蓄电池与超级电容混合储能系统的充电控制方案。通过监视系统供电状态,减少蓄电池不必要的接入,达到延长蓄电池循环寿命的目的。实验结果表明,蓄电池与超级电容混合储能明显提高了系统的瞬时功率输出,降低了蓄电池的电流脉动,并减少其充放电循环次数,有效延长了蓄电池的使用寿命。关键词:光伏发电;独立系统;混合储能1 引言 随着化石能源的不断枯竭,可再生能源逐渐得到重视,其中太阳能是研究重点之一。特别是远离城市及电网的地区,独立式光伏发电系统可得到很好的应用。鉴于太阳能发电的不稳定性,有必要设计储能装置以提高系统供电的可靠性。铅酸蓄电池是目前最常用的储能装置,具有低成本、高能量密度的特点,但也存在充放电电流有限、循环寿命短的问题。由于光伏电池的输出随环境变化较大,恶劣的充电环境使得蓄电池常处于深放电和欠充电的状态,进一步导致使用寿命缩短。超级电容的功率密度大,循环寿命长,这些特点可弥补蓄电池的不足,因此超级电容很适合与蓄电池共同组成独立式光伏发电系统的储能设备。2 系统结构 图1示出独立式光伏发电系统整体结构,光伏电池通过一个DC/DC变换电路,实现最大功率点跟踪(MPPT)控制。蓄电池和超级电容经双向DC/DC变换器与系统连接,既可在能量富余时储存系统多余电能,又可在光照不足时向负载供电。

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图2示出双向Buck-Boost变换器,通过在IGBT上反并联二极管,使得变换器具有双向导通功能。通常,蓄电池和超级电容的额定电压低于系统主电路上的电压,充电时需要先进行降压处理,Buck电路可较好地满足要求:储能系统对外提供电能时,需要利用Boost电路将电压升高到相应值才能接入主电路。蓄电池和超级电容的电路上各自接有一个开关,开关的通断由系统控制。这样两种储能装置可随时接入主电路或断开连接,使系统对储能装置的控制更加灵活方便。

整个独立式光伏发电系统中,蓄电池成本所占比重较大,充电环境不佳会缩短蓄电池寿命,使蓄电池更换周期变短,进而增加系统的总成本。由于外界环境的变化直接影响电池板的输出能量大小,在保证负载正常运行的前提下,优化充电控制,充分利用有限的资源,尽量延长蓄电池的寿命是系统设计时需考虑的重要问题。 系统控制部分在设计时的一个重要出发点是使蓄电池长期保持在较高荷电状态,减少蓄电池充放电循环次数。因此,在工作过程中,系统优先为蓄电池进行充电,并且只有在电容储存的能量不足时,蓄电池才会向负载供电。

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