SSB蓄电池基于超级电容与蓄电池相结合的光伏储能控制的研究
SSB蓄电池基于超级电容与蓄电池相结合的光伏储能控制的研究
在新能源迅猛发展的今天，光伏发电已成为一种极有发展前景的新式清洁能源。由于光伏发电遭到气象、照明等因素的强烈烦扰，输出具有间歇、不安稳等特征，给电力系统安全安稳工作带来极大的应战。超级电容和蓄电池是现在最主要的两类储能设备，各有特征。其间超级电容的功率密度高，充放电速度快，而储能设备的储能密度高，运用寿数长。二者相融合，可完成优势互补，前进其全体功用。本文讨论了将超级电容与蓄电池相结合应用于光伏储能系统中的可能性与优势。本项目提出根据超级电容与蓄电池相结合的光伏储能控制系统，关于前进系统安稳性，延伸储能设备的运用寿数，以及系统的概括效能具有重要意义。
关键词：超级电容；蓄电池相；光伏储能控制
光伏发电系统作为一种清洁可继续发展的能源，其具有的非平稳特性给电网及负荷带来极大应战。储能系统作为处理这一问题的关键，其功用和控制办法的研究就变得非常重要。超级电容具有高功率密度和快速充放电等利益，而蓄电池具有高能量密度和长寿数等利益，在混合储能系统得到越来越多的关注。本文将讨论一种结合超级电容与蓄电池的控制策略，以完成更高效的光伏储能处理。
一、根据超级电容与蓄电池混合式光伏储能控制系统
（一）系统结构
系统主要由光伏阵列、充电控制器、并联控制器、超级电容、蓄电池等组成。
充电控制器通过对光伏阵列输出的电能进行控制，并依照特定方式为后续的各个阶段供应电力，主要有MPPT办法、限流办法和恒压办法三种办法。在该系统中设置有一定容量的超级电容器，此外还将对光伏的输出能量进行滤波，并对其工作条件（包含充电电流和放电电流）进行优化。蓄电池与超级电容并联，起到储能效果。并联控制器作为一个控制单元，担任将电能传输给储能设备，其控制政策是保证储能设备在比较好的作业条件下，尽量减少充电和放电的次数。根据并联控制办法的差异，其完成方案也不尽相同。一般，并联控制器可划分为无源式控制器和有源式控制器。在无源式储能结构中，选用二极管为蓄电池或负荷供应能量，其结构相对简略，但控制难度大。在有源式储能结构中，由DC-DC改换器向蓄电池或负载的能量供应电能。
系统中，由于在充电控制器和并联控制器中心设置超级电容，所以两个控制器都是彼此独立的。对系统的控制可以别离通过充电控制器和并联控制器完成。
对充电控制器的控制进程是根据超级电容的端电压来承认，但有时也会受限于蓄电池组电压电流状况。为使光伏的发电利用率可以充分发挥，充电控制器一般作业在MPPT办法。在初次充电进程中，由于长时刻存放，超级电容器的端部电压会下降，在这种状况下为了保证设备及电路的安全性，有必要对充电控制器的输出电流加以束缚；在超级电容器充至最高作业电压时，为了避免超级电容器因过载而形成的损坏，有必要对其进行恒压输出。并联控制器对蓄电池的功用有很大效果，有必要从容量分配、气象条件、蓄电池类型和负荷等多个方面进行分析。根据太阳能光伏发电的特性，结合光伏系统的特性，重点考虑由于日照量变化所导致的光伏发电功率不坚定和对蓄电池的影响，如负荷功率不坚定等。
对蓄电池的端电压进行检测，若超越规矩的高电压保护值，则可进行涓流或定压两种作业方式。对超级电容单元的端电压进行检测，假设比设置的值低而且蓄电池的电压也较低时，断开负载，超级电容只给蓄电池充电。在蓄能设备中，当蓄能设备的电压上升时，超级电容和并联控制设备的输出电流都会下降。在电池端电压大于保护值，而且超级电容端电压也很高的状况下，切换为限流输出方式。在正常状况下，蓄电池选用最大功率点盯梢方式，并联机控则为恒流办法。对负载电流进行实时检测，将其与最佳蓄电池充电电流相叠加，然后将其作为参阅并联控制单元的输出电流，并将其与并联控制单元的实在输出电流比较较，得到一个通过PI调整、削波和比较等工序的差错信号，获得用于驱动并联控制器的信号，该信号用于驱动并联控制器。
在较高的光电转化效率下，选用超级电容器来接受大的充放电电流；当负载发生变化时，通过并联办法引起超级电容的不坚定。在整个进程中，电池一向处于安稳的充电状况，且电池的输出功率及负荷的不坚定对电池功用影响很小。在此基础上，仅运用比例控制器即可获得杰出的控制效果。
（二）充电控制器DC-DC改换电路的规划
利用单片的开关稳压器LM2596-ADJ组成Buck转化器，将不安稳直流电压作为太阳能光电池输出电压的输出，输出直流电压不只保存线性供电的宽调谐特性，而且还保存开关电源的高效率。
LM2596-ADJ是输出电压可调型开关稳压器，其技术参数为：输入电压3.5～40V；输出电压1.23～37V；输出电流3A；TTL关断功用和低功耗待机；具有过热度堵截及束缚电流的两层保护。
（三）电压、电流检测电路规划
要精确地得到输出端的电流和电压值，然后完成对系统的控制和保证，所以要检测电流和电压等模拟量。但为了前进系统的可靠性，本文选用霍尔元件检测电压和电流，周边电路简略，具有作业带宽大、抗烦扰能力强等利益，因此在规划中运用霍尔元件对其进行测量。
1.电压检测电路
选用宇波模块的CHV.25P/200A的闭环霍尔电压传感器对电压进行检测，其功用参数为：测量规模0-300V，额外输出电流25mA，供电电压为±15V，响应速度为10—9S，在0~20kHz的频率规模内。
霍尔电压端子阐明：+HT标明输入电压正；.HT标明输入电压负；+Vn是电源正，-Vn为电源负；M为输出端。
2.电流检测电路
选用宇波组件CHB.25NP/SP8型闭环霍尔电流互感器，其功用参数为：测量规模0~3.6A，额外输出电流为25mA，作业线性度为0.1%，作业电压为±15V，响应速度为10—9S，在0~100KHz的作业频率规模内。通过运算放大器将被测的输出信号维持在0~+5V之间，并将其输入到采样卡中。
霍尔电流传感器端子界说：+HT标明输入电压正；.HT标明输入电压负；+Vn是电源正，-Vn为电源负；M为输出端。
二、试验数据与分析
蓄电池的开始作业电压为4.2V，超级电容器的作业时刻为2.5V；并联三秒后；两者电压安稳在4.18V。
|
时刻 |
9:55 |
10:05 |
10:15 |
10:25 |
10:35 |
10:45 |
10:55 |
|
光伏电池电压（V） |
8.60 |
8.58 |
8.62 |
8.56 |
8.50 |
8.47 |
8.68 |
|
蓄电池电压（V） |
4.18 |
4.22 |
4.25 |
4.26 |
4.28 |
4.40 |
4.50 |
|
超级电容电压（V） |
4.18 |
4.22 |
4.25 |
4.26 |
4.28 |
4.40 |
4.50 |
|
蓄电池充电电流（mA） |
4.4 |
4.3 |
4.0 |
4.3 |
4.0 |
3.9 |
3.6 |
|
超级电容充电电流（mA） |
9.5 |
9.4 |
9.2 |
9.1 |
9.2 |
9.0 |
8.1 |
表1充电进程
|
时刻 |
11:00 |
11:01 |
11:02 |
11:03 |
11:04 |
11:05 |
11:06 |
|
蓄电池充电电流（mA） |
130 |
120 |
130 |
160 |
160 |
180 |
200 |
|
超级电容充电电流（mA） |
500 |
450 |
380 |
200 |
130 |
90 |
60 |
表2放电进程
研究发现，当超级电容并联后，其等效串联电阻（ESR）比电池内阻小得多，故当其放电时，其放电时发生的电流为500mA，而储能设备只能输出130mA的电流。与单独运用蓄电池比较，显著地减小电池板的极化率，抑制电池内部电阻的升高，然后改进放电进程中的安稳电压。其间最重要的一点，便是下降电池的极性化程度，不光可以前进电池的运用寿数，还可以避免因常常发动而形成的电池寿数下降。
定论：将超级电容和蓄电池进行复合存储，可以大幅前进储能系统的概括效能，在新能源领域有着宽广的应用前景。该并联控制器可有效地保护蓄电池，在光伏发电功率剧烈不坚定、负荷不坚定等状况下，保证蓄电池在最优充电/放电条件下继续作业。能有效地下降因蓄电池在间歇或极低电压下发生的短周期充电和放电周期，然后前进蓄电池的运用寿数。该混合储能系统结构简略、调控办法灵活，关于处理以光伏等可再生能源系统中的储能问题，具有现实意义。