淺析如何控制獨立光伏系統(tǒng)

董德剛

摘 要：文章主要對獨立光伏系統(tǒng)在實際的工作中所遇到的問題進行分析，對蓄電池的分組以及能量控制提出了相應的分組策略原則，對電路的原理以及結構充分的予以研究。通過相應的實踐，總結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諸多的污染問題，近年來環(huán)保意識的不但增強使得人們開始關注環(huán)境以及能源問題，新能源的應用以及開發(fā)不斷的得到重視，太陽能的應用是新能源開發(fā)中最為廣泛的。

1 光伏系統(tǒng)的應用

1.1 供電保障目前針對某些地區(qū)其供電主要通過自備發(fā)電機進行提供。顯然，自備發(fā)電機的發(fā)電成本相對較高，無論是考慮噪音還是燃料的運輸、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)，對于某些地區(qū)建設中的重點任務。而目前的新型能源應用中小型的風力發(fā)電和光伏發(fā)電應用較為廣泛。而其中小型的光伏系統(tǒng)建設能夠有效的降低燃料的運送問題，同時還能夠減少由于燃料的燃燒造成的環(huán)境污染。

1.2 獨立戶外站點供電。針對系統(tǒng)中戶外的檢測點、中繼站以及燈塔和獨立的工作站，由于其設置地點原理常規(guī)電網，而電網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加大研究的重點。而針對某些地區(qū)供電光伏發(fā)電系統(tǒng)能在保障的同時，為新的方式和方法提供思路。諸如，在在應用中新型儲備裝置以及太陽能電池薄膜的應用開發(fā)，小型的發(fā)電裝置的廣泛應用等。在我國，目前一些針對小型數(shù)碼設備的太陽能儲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)電的應用以及開發(fā)對于其他能源的開發(fā)以及應用也能夠起到極好的鋪墊作用。另外，諸如光、風互補系統(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 實際應用

2.1實際面臨的應用難題

圖1顯示的是獨立光伏發(fā)電的系統(tǒng)結構，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構，圖中虛線部位為備選結構，只有在系統(tǒng)中出現(xiàn)交流負載時才選用。根據(jù)設計需要，通過變換器實現(xiàn)電路的變換，同時對最大的功率點進行跟蹤，匹配適合的負載。

圖1 獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)結構框圖

獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)目前面臨以下兩個問題：一是能量密度不高，整體的利用效率較低，前期的投資較大；二是獨立發(fā)電系統(tǒng)的儲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備成本的25%左右，而對于蓄電池的充放電控制比較簡單，容易導致蓄電池提前失效，增加了系統(tǒng)的運行成本。

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都不斷的在發(fā)展中，對于能源的利用率不斷的得到提高。從國際公開的一些文獻中可以看出，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構過于單一，階段性的常用控制策略需要進一步改進；第二，管理蓄電池充電以及放電沒有合理詳細的方案設計；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控制器三者間沒有綜合性策略。基于上述三點，目前的太陽能光伏系統(tǒng)并非完善的系統(tǒng)，還需要相關研究對其進行進一步的改善。

3 策略的分組分析

3.1 提出分組策略

針對充電以及放電管理，蓄電池應當保證其針對負荷能夠可靠的供電，針對該類問題能夠可以分組進行管理，使得蓄電池組中分成容量較小的多個電池組，針對該類問題：

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

3.2 分析電路結構

以分兩組為例，控制的策略如下：首先預測容量，對于容量較小的蓄電池組先充電，同時允許另一組放電；在線判斷兩組容量的變化，當兩組容量相差達到30%以上時，進行充電和放電（或者靜置）狀態(tài)的切換；結合系統(tǒng)的控制策略，達到均衡充放電的目的，同時在系統(tǒng)的荷電狀態(tài)較低時，應輸出低荷電狀態(tài)提示，結合負載的分級限制輸出電流，分組控制電路結構如圖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，KM3為輔助常閉觸點，電路主要是實現(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，但是控制復雜，而簡化的工作狀態(tài)如圖3所示。

圖3 簡化的分組充放電控制原理圖

在實際的系統(tǒng)中，應該結合系統(tǒng)的實際設計容量和負載的要求，具體選擇合理的控制方案，分組控制策略在實際的控制中很容易實現(xiàn)。在某營區(qū)光伏電站的項目設計中，我們應用了分組充放電控制策略，得到了很好的效果。

4 結束語

隨著光伏發(fā)電的技術水平的提高，以及應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。文章主要針對光伏發(fā)電的充電管理、放電管理進行了分析，另外對光伏發(fā)電技術的應用以及能量運行的規(guī)律予以簡要的論述。

參考文獻

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[2]陳慧玲.獨立光伏電站鉛酸蓄電池的運行管理參數(shù)[J].可再生能源，2006（5）：77-78.