淺析如何控制獨(dú)立光伏系統(tǒng)

董德剛

摘 要：文章主要對(duì)獨(dú)立光伏系統(tǒng)在實(shí)際的工作中所遇到的問題進(jìn)行分析，對(duì)蓄電池的分組以及能量控制提出了相應(yīng)的分組策略原則，對(duì)電路的原理以及結(jié)構(gòu)充分的予以研究。通過相應(yīng)的實(shí)踐，總結(jié)如何提高分組充電以及放電的可靠性，用以提高蓄電池壽命。

關(guān)鍵詞：光伏系統(tǒng)；控制；太陽能

引言

環(huán)境的污染使得人們不得不面對(duì)諸多的污染問題，近年來環(huán)保意識(shí)的不但增強(qiáng)使得人們開始關(guān)注環(huán)境以及能源問題，新能源的應(yīng)用以及開發(fā)不斷的得到重視，太陽能的應(yīng)用是新能源開發(fā)中最為廣泛的。

1 光伏系統(tǒng)的應(yīng)用

1.1 供電保障目前針對(duì)某些地區(qū)其供電主要通過自備發(fā)電機(jī)進(jìn)行提供。顯然，自備發(fā)電機(jī)的發(fā)電成本相對(duì)較高，無論是考慮噪音還是燃料的運(yùn)輸、環(huán)境的污染等問題，自己發(fā)電的方式效率都不高。而隨著新型能源的開發(fā)，對(duì)于某些地區(qū)建設(shè)中的重點(diǎn)任務(wù)。而目前的新型能源應(yīng)用中小型的風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電應(yīng)用較為廣泛。而其中小型的光伏系統(tǒng)建設(shè)能夠有效的降低燃料的運(yùn)送問題，同時(shí)還能夠減少由于燃料的燃燒造成的環(huán)境污染。

1.2 獨(dú)立戶外站點(diǎn)供電。針對(duì)系統(tǒng)中戶外的檢測(cè)點(diǎn)、中繼站以及燈塔和獨(dú)立的工作站，由于其設(shè)置地點(diǎn)原理常規(guī)電網(wǎng)，而電網(wǎng)也無法延伸到該類地區(qū)，所以其供電問題成為了難題，而光伏系統(tǒng)發(fā)電系統(tǒng)則能夠有效的解決這類遠(yuǎn)離電玩供電戶外工作站供電問題。

1.3 為今后的供電創(chuàng)新進(jìn)行鋪墊。供電渠道以及供電方式的拓展是目前供電部門需要切實(shí)加大研究的重點(diǎn)。而針對(duì)某些地區(qū)供電光伏發(fā)電系統(tǒng)能在保障的同時(shí)，為新的方式和方法提供思路。諸如，在在應(yīng)用中新型儲(chǔ)備裝置以及太陽能電池薄膜的應(yīng)用開發(fā)，小型的發(fā)電裝置的廣泛應(yīng)用等。在我國(guó)，目前一些針對(duì)小型數(shù)碼設(shè)備的太陽能儲(chǔ)電和充電裝置有了一定的發(fā)展，成為了戶外數(shù)碼輔助的首選。

1.4 鋪墊開發(fā)其他能源。光伏發(fā)電的應(yīng)用以及開發(fā)對(duì)于其他能源的開發(fā)以及應(yīng)用也能夠起到極好的鋪墊作用。另外，諸如光、風(fēng)互補(bǔ)系統(tǒng)的開發(fā)利用，其他新興能源的開發(fā)利用都有著參考作用。

2 實(shí)際應(yīng)用

2.1實(shí)際面臨的應(yīng)用難題

圖1顯示的是獨(dú)立光伏發(fā)電的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，將典型的系統(tǒng)予以直觀表現(xiàn)。從圖中可以看出，系統(tǒng)包含了DC-DC變換器、蓄電池、太陽能板、控制器以及逆變器等結(jié)構(gòu)，圖中虛線部位為備選結(jié)構(gòu)，只有在系統(tǒng)中出現(xiàn)交流負(fù)載時(shí)才選用。根據(jù)設(shè)計(jì)需要，通過變換器實(shí)現(xiàn)電路的變換，同時(shí)對(duì)最大的功率點(diǎn)進(jìn)行跟蹤，匹配適合的負(fù)載。

圖1 獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)目前面臨以下兩個(gè)問題：一是能量密度不高，整體的利用效率較低，前期的投資較大；二是獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)的儲(chǔ)能裝置一般以鉛酸蓄電池為主，蓄電池成本占光伏電站初始設(shè)備成本的25%左右，而對(duì)于蓄電池的充放電控制比較簡(jiǎn)單，容易導(dǎo)致蓄電池提前失效，增加了系統(tǒng)的運(yùn)行成本。

2.2 現(xiàn)狀分析

太陽光伏系統(tǒng)在發(fā)展中，從一開始最原始的直接連接，在不斷的革新中控制系統(tǒng)發(fā)展為由電腦微處理器以及電能變換器共同控制，并且隨著電力電子以及未處理技術(shù)都不斷的在發(fā)展中，對(duì)于能源的利用率不斷的得到提高。從國(guó)際公開的一些文獻(xiàn)中可以看出，其中存在的主要的問題有：第一，蓄電池的狀態(tài)以及光伏組件相互配合結(jié)構(gòu)過于單一，階段性的常用控制策略需要進(jìn)一步改進(jìn)；第二，管理蓄電池充電以及放電沒有合理詳細(xì)的方案設(shè)計(jì)；第三，上述提到的功率跟蹤的有效控制、充放電的控制以及相關(guān)控制器三者間沒有綜合性策略?；谏鲜鋈c(diǎn)，目前的太陽能光伏系統(tǒng)并非完善的系統(tǒng)，還需要相關(guān)研究對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步的改善。

3 策略的分組分析

3.1 提出分組策略

針對(duì)充電以及放電管理，蓄電池應(yīng)當(dāng)保證其針對(duì)負(fù)荷能夠可靠的供電，針對(duì)該類問題能夠可以分組進(jìn)行管理，使得蓄電池組中分成容量較小的多個(gè)電池組，針對(duì)該類問題：

（1）提高充電電流，有效地利用太陽能陣列的能量，減小長(zhǎng)期的小電流放電和小電流充電對(duì)蓄電池帶來的不良影響，避免小電流放電產(chǎn)生大的結(jié)晶；（2）蓄電池在大電流放電后的接收電流能力較強(qiáng)，因此分組可以適當(dāng)增加充電的效率；（3）分組能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于蓄電池組的維護(hù)性充電，在光照條件和蓄電池容量允許的條件對(duì)于蓄電池進(jìn)行維護(hù)性的均衡充電，適當(dāng)?shù)倪^充能夠避免電池電解液的分層；（4）既能夠保證白天對(duì)重要負(fù)載進(jìn)行放電，同事也能實(shí)現(xiàn)充電。

3.2 分析電路結(jié)構(gòu)

以分兩組為例，控制的策略如下：首先預(yù)測(cè)容量，對(duì)于容量較小的蓄電池組先充電，同時(shí)允許另一組放電；在線判斷兩組容量的變化，當(dāng)兩組容量相差達(dá)到30%以上時(shí)，進(jìn)行充電和放電（或者靜置）狀態(tài)的切換；結(jié)合系統(tǒng)的控制策略，達(dá)到均衡充放電的目的，同時(shí)在系統(tǒng)的荷電狀態(tài)較低時(shí)，應(yīng)輸出低荷電狀態(tài)提示，結(jié)合負(fù)載的分級(jí)限制輸出電流，分組控制電路結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 分組充放電控制原理圖

圖2中KM1、KM2、KM3、KM4為充放電控制繼電器，電路中接入常開觸點(diǎn)，KM3為輔助常閉觸點(diǎn)，電路主要是實(shí)現(xiàn)上面提出的控制策略，選擇電壓和電流滿足要求的繼電器可以實(shí)現(xiàn)控制的要求，控制指令。

以上的控制系統(tǒng)雖然能夠考慮所有的工作情況，但是控制復(fù)雜，而簡(jiǎn)化的工作狀態(tài)如圖3所示。

圖3 簡(jiǎn)化的分組充放電控制原理圖

在實(shí)際的系統(tǒng)中，應(yīng)該結(jié)合系統(tǒng)的實(shí)際設(shè)計(jì)容量和負(fù)載的要求，具體選擇合理的控制方案，分組控制策略在實(shí)際的控制中很容易實(shí)現(xiàn)。在某營(yíng)區(qū)光伏電站的項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，我們應(yīng)用了分組充放電控制策略，得到了很好的效果。

4 結(jié)束語

隨著光伏發(fā)電的技術(shù)水平的提高，以及應(yīng)用的范圍不斷的加大，使得新型能源的發(fā)展速度更加的迅速。文章主要針對(duì)光伏發(fā)電的充電管理、放電管理進(jìn)行了分析，另外對(duì)光伏發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用以及能量運(yùn)行的規(guī)律予以簡(jiǎn)要的論述。

參考文獻(xiàn)

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