直流耦合光储微网中储能电池的充电控制研究

直流耦合光储微网中储能电池的充电控制研究

孙德亮

（合肥阳光新能源科技有限公司 230000）

摘要：在直流耦合方式的光储微网系统中，串联式方案采用前级DC/DC、后级DC/AC的两级拓扑结构，光伏板连接在DCDC的输入端，储能电池连接在DC/DC与DC/AC的公共直流母线端。微网运行过程中，如果只考虑光伏的MPPT特性，当储能电池电压达到浮充电压后，MPPT控制会继续以较大功率对储能电池进行充电，这样严重违背储能电池的浮充特性要求，不利于维持储能电池的充电深度，会大大缩减储能电池的循环使用寿命。通过控制前级DC/DC工作在恒压浮充控制模式能实现MPPT与储能电池浮充控制间的双向平滑转换，在保证MPPT的同时尽量维持储能电池的充电深度，提高储能电池的循环使用寿命。

关键词：微网、储能电池、MPPT、恒压浮充控制。

1 概述

在串联式直流耦合微网运行过程中发现，前级DC/DC只有MPPT控制时，当储能电池电压达到浮充电压后储能电池电压会很快飙升直到触发过压保护动作。过压保护后储能电池电压会很快回落到较低电压值(远低于过压保护值)。储能电池的这种充电过程与储能电池自身的浮充充电特性相差甚远。即不能维持储能电池的充电深度又会大大降低储能电池的循环使用寿命。

图1 直流耦合光储系统示意图

2 直流耦合光储微网中的储能电池充电控制

2.1 储能电池充电过压原因分析

只有MPPT控制时，当储能电池电压达到浮充电压后，MPPT控制会继续维持较大的功率对储能电池充电。按照厂家给定的储能电池的充电特性曲线，在储能电池达到浮充电压后应该由均充转为浮充，在转为浮充阶段后储能电池基本已经充满，需要小电流进行涓流充电，目的是利于维持储能电池的充电深度保证深度充放电循环寿命。所以，在达到浮充电压后MPPT控制的较大充电功率会使得储能电池电压很快飙升到过压保护。因为是短时大电流对浮充阶段的储能电池进行充电，储能电池不能深度吸收充电能量，所以保护后储能电池电压会回落到低于过压保护值状态。

图2 储能电池充电过程示意图

2.2 储能电池充电过压问题解决

通过控制前级DC/DC的工作模式，使储能电池充电状态在恒压浮充控制逻辑与MPPT控制进行切换，实现MPPT控制与储能电池恒压浮充控制间的转换。当储能电池电压没有达到恒压浮充电压值时，控制前级DCDC工作在MPPT模式以最大程度提高PV发电效率，保证储能电池的充电量满足负载供电需求；当储能电池电压达到恒压浮充电压后，控制前级DC/DC由MPPT模式转为恒压浮充控制模式，对储能电池进行小电流浮充充电，目的是补充储能电池自放电损失的电量，保持较充足的充电状态以维持充电深度。当负载变化导致储能电池电压又低于恒压浮充电压值后，再由恒压浮充控制模式转为MPPT控制模式，对储能电池进行短时间内能量补充满足负载供电需求。

MPPT控制与恒压浮充控制分别得到的电流指令值经过筛选后作为公用的电流控制给定值。当判断恒压浮充控制输出的电流指令值大于MPPT控制输出的电流指令值时，将MPPT控制输出的电流指令值作为电流控制指令，一直工作在MPPT模式。当储能电池电压高于浮充电压值时，恒压浮充控制输出电流指令开始逐渐减小。当判断恒压浮充控制输出的电流指令值小于MPPT控制输出的电流指令值时，MPPT控制切换到恒压浮充控制。

为了能够可靠实现上述模式转换，在逻辑执行过程中需要对上述电流指令的比较给出一定的阈值Δi(取1A基本就可以满足)。在上述电流指令值比较判断条件的基础上，需再增加一个延时标志位Delayflag。Delayflag与前面的电流指令值比较判断逻辑执行或操作后再作为MPPT控制的判断条件。Delayflag与电流指令值比较判断逻辑执行与操作后再作为恒压浮充控制的判断条件。在进入MPPT控制后开始对Delayflag标志位的计数器进行累加计数，当满足一定延时计数后才会改变Delayflag标志位，这样的目的是为了避免在MPPT控制开始过程中由于恒压浮充控制输出电流指令值还没有大于I_mppt而导致进入恒压浮充控制的情况出现，以保证MPPT控制的顺利执行。

3 结论

在直流耦合光储微网中不仅要从多发点角度考虑光伏的MPPT控制还要基于储能电池的充放电特性角度考虑对储能电池的保护，通过增加前级DC/DC设备的恒压浮充控制模式与MPPT控制模式的切换，可以实现在不影响电池循环寿命的前提下，尽量实现光伏多发电，很好了保证了系统的经济性和稳定性。

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作者介绍：

  孙德亮（1986.12.10），性别：男；籍贯：安徽亳州；民族：汉；学历：研究生、硕士；职称：中级工程师；职务：算法高级工程师；研究方向：微网控制算法、储能。

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