一種新型獨(dú)立太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)充放電電路拓?fù)?/h1>
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時(shí)間：2011-03-19
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本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/179395.htm3 系統(tǒng) 對(duì)于上述問(wèn)題，本文提出了一種新型充放電電路放電的蓄電池容量(蓄電池個(gè)數(shù))，也就是動(dòng)態(tài)地變換系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)最佳充放電。系統(tǒng)電路如圖4所示，光伏電池經(jīng)DC/DC變換器與負(fù)載和充電電路相連。負(fù)載可以變化。充電電路由直流母線和多個(gè)蓄電池充電單元組成，每個(gè)充放電單元包括雙向DC/DC變換電路Hn和蓄電池Bn兩部分。雙向DC/DC變換電路如圖5所示，蓄電池側(cè)為低壓側(cè)，能夠?qū)崿F(xiàn)升壓和降壓[6]。該雙向變換電路能實(shí)現(xiàn)高低壓側(cè)的有效電氣隔離，效率高，控制靈活。與傳統(tǒng)光伏系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)運(yùn)行靈活，高效可靠，整體壽命得到提高；另一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)是，容易進(jìn)行規(guī)模擴(kuò)充，易實(shí)現(xiàn)模塊化系統(tǒng)集成，能夠較好地解決蓄電池在目前的光伏發(fā)電系統(tǒng)中所面臨的問(wèn)題。由于蓄電池組容量是可以靈活變化的，所以，需要擴(kuò)充規(guī)模時(shí)，只需增加光伏電池板、增加并聯(lián)的DC/DC變換器數(shù)目、增加蓄電池充電單元、更改控制軟件程序即可。
圖4 系統(tǒng)電路圖
圖5 雙向DC/DC變換器
本系統(tǒng)真正實(shí)現(xiàn)了在光伏電池最大功率輸出下對(duì)蓄電池進(jìn)行最佳充放電。由圖1可看出，光伏電池的最大功率點(diǎn)電壓、電流在不同的情況下是變化的。所以，在負(fù)載不變的情況下，就需要系統(tǒng)同時(shí)調(diào)節(jié)充電電流來(lái)協(xié)調(diào)光伏電池最大功率跟蹤，這樣才能實(shí)現(xiàn)光伏電池最大功率輸出。為了實(shí)現(xiàn)光伏電池最大功率輸出時(shí)對(duì)蓄電池進(jìn)行最佳充放電，負(fù)載確定后，控制器同時(shí)同方向調(diào)整DC/DC變換器和充電器的占空比D，實(shí)現(xiàn)最佳充電，也使放電的蓄電池按最佳放電電流放電。在光伏電池運(yùn)行于最大功率點(diǎn)的前提下，本系統(tǒng)方案包括：
1）規(guī)定負(fù)載的最高限值，保證蓄電池能完成晚間或陰天的單獨(dú)供電。
2）充電時(shí)，同時(shí)調(diào)節(jié)光伏工作點(diǎn)跟蹤DC/DC變換器和雙向DC/DC變換器，由其動(dòng)態(tài)地確定需充電蓄電池?cái)?shù)；
3）放電時(shí)，同樣要判斷光伏輸出功率和負(fù)載功率的最大差，以此來(lái)確定參加放電的蓄電池?cái)?shù)；
4）充放電都要維持蓄電池的最佳充放電模式。
從圖4可以看出，直流母線電壓和DC/DC變換器輸出電壓及負(fù)載輸入電壓相等，總充放電電流ic為DC/DC變換器輸出電流與負(fù)載電流之差。設(shè)DC/DC變換器輸出電壓uo，輸出電流io，輸出功率po，負(fù)載電流iL，負(fù)載功率pL，總充電電流ic，各充放電單元高壓側(cè)電流icn，低壓側(cè)電流icn′，蓄電池電壓uBn，（n為充放電單元的個(gè)數(shù)），則
Po=uoio，PL=uoiL（1）
ic=io－iL=
icn（2）
另外，對(duì)于雙向DC/DC變換器，由功率守恒得出
u1i1=u2i2（3）
又占空比D=ton/T，則
（4）
icn=i1=
i2=
icn′（5）
ic=
icn′（6）
式中：Dn為第n個(gè)充電器的開關(guān)占空比，充電時(shí)為高壓側(cè)開關(guān)，放電時(shí)為低壓側(cè)開關(guān)。
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3 系統(tǒng) 對(duì)于上述問(wèn)題，本文提出了一種新型充放電電路放電的蓄電池容量(蓄電池個(gè)數(shù))，也就是動(dòng)態(tài)地變換系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)最佳充放電。系統(tǒng)電路如圖4所示，光伏電池經(jīng)DC/DC變換器與負(fù)載和充電電路相連。負(fù)載可以變化。充電電路由直流母線和多個(gè)蓄電池充電單元組成，每個(gè)充放電單元包括雙向DC/DC變換電路Hn和蓄電池Bn兩部分。雙向DC/DC變換電路如圖5所示，蓄電池側(cè)為低壓側(cè)，能夠?qū)崿F(xiàn)升壓和降壓[6]。該雙向變換電路能實(shí)現(xiàn)高低壓側(cè)的有效電氣隔離，效率高，控制靈活。與傳統(tǒng)光伏系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)運(yùn)行靈活，高效可靠，整體壽命得到提高；另一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)是，容易進(jìn)行規(guī)模擴(kuò)充，易實(shí)現(xiàn)模塊化系統(tǒng)集成，能夠較好地解決蓄電池在目前的光伏發(fā)電系統(tǒng)中所面臨的問(wèn)題。由于蓄電池組容量是可以靈活變化的，所以，需要擴(kuò)充規(guī)模時(shí)，只需增加光伏電池板、增加并聯(lián)的DC/DC變換器數(shù)目、增加蓄電池充電單元、更改控制軟件程序即可。
圖4 系統(tǒng)電路圖
圖5 雙向DC/DC變換器
本系統(tǒng)真正實(shí)現(xiàn)了在光伏電池最大功率輸出下對(duì)蓄電池進(jìn)行最佳充放電。由圖1可看出，光伏電池的最大功率點(diǎn)電壓、電流在不同的情況下是變化的。所以，在負(fù)載不變的情況下，就需要系統(tǒng)同時(shí)調(diào)節(jié)充電電流來(lái)協(xié)調(diào)光伏電池最大功率跟蹤，這樣才能實(shí)現(xiàn)光伏電池最大功率輸出。為了實(shí)現(xiàn)光伏電池最大功率輸出時(shí)對(duì)蓄電池進(jìn)行最佳充放電，負(fù)載確定后，控制器同時(shí)同方向調(diào)整DC/DC變換器和充電器的占空比D，實(shí)現(xiàn)最佳充電，也使放電的蓄電池按最佳放電電流放電。在光伏電池運(yùn)行于最大功率點(diǎn)的前提下，本系統(tǒng)方案包括：
1）規(guī)定負(fù)載的最高限值，保證蓄電池能完成晚間或陰天的單獨(dú)供電。
2）充電時(shí)，同時(shí)調(diào)節(jié)光伏工作點(diǎn)跟蹤DC/DC變換器和雙向DC/DC變換器，由其動(dòng)態(tài)地確定需充電蓄電池?cái)?shù)；
3）放電時(shí)，同樣要判斷光伏輸出功率和負(fù)載功率的最大差，以此來(lái)確定參加放電的蓄電池?cái)?shù)；
4）充放電都要維持蓄電池的最佳充放電模式。
從圖4可以看出，直流母線電壓和DC/DC變換器輸出電壓及負(fù)載輸入電壓相等，總充放電電流ic為DC/DC變換器輸出電流與負(fù)載電流之差。設(shè)DC/DC變換器輸出電壓uo，輸出電流io，輸出功率po，負(fù)載電流iL，負(fù)載功率pL，總充電電流ic，各充放電單元高壓側(cè)電流icn，低壓側(cè)電流icn′，蓄電池電壓uBn，（n為充放電單元的個(gè)數(shù)），則
Po=uoio，PL=uoiL（1）
ic=io－iL=icn（2）
另外，對(duì)于雙向DC/DC變換器，由功率守恒得出
u1i1=u2i2（3）
又占空比D=ton/T，則
（4）
icn=i1=i2=icn′（5）
ic=icn′（6）
式中：Dn為第n個(gè)充電器的開關(guān)占空比，充電時(shí)為高壓側(cè)開關(guān)，放電時(shí)為低壓側(cè)開關(guān)。
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