光伏系统光伏蓄电池荷电状态检测方法研究

光伏系统光伏蓄电池荷电状态检测方法研究

作为独立的波形系统的重要组成部分，全球充电压的准确性对独立波形系统起到了重要作用。目前,蓄电池SOC估计方法主要有安时计量法、开路电压法、内阻测量法、神经网络法等。开路电压法要求环境稳定性太高,不能满足在线监测要求。内阻法对设备要求高,难以在实际中应用。神经网络法训练数据不准确或者不完全,会影响结果的准确性。鉴此,本文选择在安时计量法的基础上,并且考虑环境温度因素和放电电流因素的影响,采用一种电流置零的检测方法对光伏蓄电池SOC进行估计,从而提高光伏蓄电池SOC的估计精度。1光伏蓄电池放电光伏蓄电池SOC为电池在一定放电倍率(电池在规定的时间内放出其额定容量时所需要的电流值)下,剩余电量与相同条件下额定容量的比值。光伏蓄电池SOC表达式为式中,Qres为光伏蓄电池当前的剩余容量;Q1为在恒定电流I放电的条件下,光伏蓄电池所具有的额定容量;Q为放电电荷量。光伏发电系统中,光伏蓄电池的利用占功率利用率的很大一部分,更为重要的是要时刻监测蓄电池的荷电状态,采用在控制系统充放电或者蓄电池保护中对蓄电池进行监测,准确估计蓄电池当前电荷状态进而控制下一时刻蓄电池的充放电状态,使其运行稳定可靠;当蓄电池工作在最佳状态时,不仅可以保护光伏蓄电池工作的长期性,也可以间接地节约能源,使得光伏系统长期运行,无污染,效率高。一般影响光伏蓄电池电荷量监测状态的有外部因素(当前蓄电池充放电量、放电倍率)以及内部因素(包括充放电化学反应中电解液浓度和所产生的热量),现实中常用方法为实时监测蓄电池状态累积计算蓄电池SOC。2祝贺蓄水套的套装置计2.1光伏系统优化方法常用的光伏蓄电池有铅酸电池和镍氢电池。在中小型光伏系统中,对于光伏蓄电池的荷电状态的检测,满足条件:外界环境温度保持不变,而且充电电流或放电电流基本保持恒定不变时,光伏蓄电池的荷电状态与光伏蓄电池的端电压成比例,即式中,QSOC为光伏蓄电池总电荷量;Ub为光伏蓄电池的输出端电压;Ib为光伏蓄电池的充电(+)或放电(-)电流;T为光伏蓄电池的温度。Ub、个变量与光伏蓄电池电荷量具有函数关系,实时监测并且准确计算光伏蓄电池的荷电状态,将所得到的数据存入DSP以供查表,需要估算时,就可通过DSP查表法查到所需的蓄电池容量SOC。在实际应用中,中小型光伏系统控制器往往没有电流检测的模块,仅仅只检测光伏蓄电池电压,好一点的控制器还有检测温度的模块。这样的光伏控制器只是根据下式判断但实际上,QSOC还与充放电电流Ib有关,当Ib变化时,根据式(3)得到的结果就不太准确,而且,在光伏系统的应用中,充电电流确实是随光照变化的一个量,并非固定值,所以对蓄电池SOC容量检测准确性造成干扰。在实际的工程实践中,设计了一种电流置零检测法,可以提高没有电流检测模块的光伏控制器的SOC检测准确性。具体思路如下:首先,分析在光伏系统中变量检测的特点,即光伏系统中的变量检测不是连续的,是间断的,可以隔几分钟检测一次。因此,可以在充电的过程中,每次检测光伏蓄电池端电压之前,把充电开关断开一瞬间,再检测光伏蓄电池端电压,然后根据端电压判断QSOC计算蓄电池容量QSOC时不确定的Ib不再影响,所以就提高了蓄电池容量的检测精度。但是能量的损耗问题也就不可避免地出现了,因为在关断充电开关时,瞬时电压会突然增大,不可避免会带来一定的能量消耗。只要解决了这个问题就会提高电池容量的检测准确度。具体论证方案如下:①将充电检测SOC分两步走。首先,选择使用常规在线电压检测法检测,在光伏蓄电池电量下降时,这样做就减小了不必要的电能消耗与浪费,避免了电流置零检测法所带来的能量损失;其次,当光伏蓄电池电量即将充满时,选择电流置零检测法,具体流程框图如图1所示,这样做的目的就是当在能量损失和精确的数据两者中选择时保证以精确的数据为主。②选择电流置零检测法,会引起能量的消耗,但是这消耗如果与其他相比所占比例很小,那么此消耗就可以忽略不计。如η=Δt/t,其中,η为损失电能的比例,Δt为每次检测之前充电开关断开的时间,t为两次检测之间的时间间隔。假如取Δt=20ms,t=300s,那么η=Δt/t≈0.00007,即万分之0.7,这个比例非常小,可以忽略不计。2.2光伏蓄电池soc估算方法估算SOC的方法有很多种,本文采用的是安时累加积分法,此方法基于累加计算以频率脉冲数值能够精确计算电量,对电流修正系数也可以精确估算,保证蓄电池SOC估算的精准性,得到误差小、电量准的蓄电池SOC。安时计量法是指通过计算光伏蓄电池在一定时间内累积放出电量来估计光伏蓄电池SOC的方法。如果规定光伏蓄电池放电的初始状态为SOC,那么光伏蓄电池当前的剩余电量为式中,CN为额定容量;i为光伏蓄电池充放电电流,充电时为正,放电时为负;η为光伏蓄电池的效率系数,它主要包括充放电倍率系数ηi和温度影响系数ηT;τ为充电时间。3高效放电型VRLA光伏蓄电池已经成为衡量光伏系统的关键部件之一,光伏蓄电池具有体积小、防爆、电压稳定、无污染、重量轻、放电性能高、维护量小、价格低等优点,所以深受各个行业的青睐。本次试验采用深圳SUN-NYWAY公司的SW1270(12V7Ah)型号光伏蓄电池作为测试对象。3.1与温湿度的关系光伏蓄电池SOC受到环境温度的影响,环境温度的变化会导致光伏蓄电池电量呈现非线性变化,也影响光伏蓄电池的工作性能及使用寿命。环境温度分别选取0、10、20、30、40、50℃,在光伏蓄电池充满电的状态下,用放电倍率为C/30的放电电流对光伏蓄电池进行完全放电,得到光伏蓄电池实际容量与环境温度关系曲线,如图2所示。说明在高温和低温范围内,VRLA光伏蓄电池的容量都会有衰减的影响。3.2光伏蓄电池放电电流式(5)中除了温度因素,还要考虑电流因素的影响,实际测量光伏蓄电池放电电流如图3所示,为了评估光伏蓄电池SOC的准确性,当温度因素一定时即选择一定周期Δt的断开开关测量,使充放电电流I=0,得到的评估值就相当准确了。改进测量后的光伏蓄电池放电电流如图4所示。对比图3和图4,改进测量后的光伏蓄电池放电电流较之前的电流准确,能减小误差。4电流和电压检测电路本硬件电路由直流测试模块、低通滤波、VFC变换器及TMS320F28335构成的显示实时的充(放)电电流值和累计的电量值,图5为安时电量计结构框图。工作原理是:DC采集模块采集直流信号,预处理后经低通滤波电路滤波后送入VFC变化器,VFC变换器发出两路脉冲信号,分别被TMS320F28335的T0、T1口接收。T0用来测试脉冲信号频率,用以计算实时电流;T1累计脉冲个数值。通过积分运算,最后得到累计安时值。显示电路显示当前蓄电池充放电状态。DC采集模块采用科海模块电流传感器KT200A,技术指标如下:供电电压±5V,内阻35n,测量输出电流I=200mA(被测电流为200A时),测量范围0～300A。美国国家半导体公司生产的单片集成电压/频率变换器VFC,功能全面且输出稳定,其输出的频率信号送TMS320F28335的两个计数器T0和T1,因为基准电源具有温度补偿的功能,具有精确的转换精度,频率范围为1～100kHz,最大非线性度为0.01%,能够精确地转换直流采集模块采集到的电压信号,并送TMS320F28335的T0和T1计数器。5电流计量测量图6所示为主程序流程框图。上电开始后初始化程序,等待测量开始,即主程序循环调用周期法测量频率子程序。检测脉冲的频率,即由VFC发送的数目,读电能计数器的累计值,积分运算并显示电流和电量当前瞬时值。读电量计数器前,先判断T1溢出中断标志,溢出则响应中断返回继续判断,无溢出运行本次测量并显示。电流传感器作用为将电压变换为电流信号,计数器T1进行累加计算,例如:1V转换的10kHz脉冲频率累计,每10000个脉冲信号,就等于100A·s的电量,也就是每个脉冲就代表0.28×10-5A·h。计数器满32位,电量值Q=0.28×10-5×232≈12026A·h,即可得到安时电量计0.28×10-5A·h/脉冲。电量运算子程序计算得到脉冲个数乘以此常数(0.28×10-5A·h/脉冲),计算安时值就相当于计算累加脉冲个数,进而得到积分到现在的充放电安时值。送显示子程序缓冲区显示当前值。6延长蓄电池使用寿命,促使蓄电池的使用寿命,使蓄电池的使用寿命,使光伏系统光伏蓄电池的SOC对于光伏系统的蓄电池保护起到了重大作用,进而对光伏系统的稳定运行也有重要意义,精准地估算蓄电池S