风光能源电气控制.pptx

储能是光伏发电系统中的重要部分，尤其当光储能是光伏发电系统中的重要部分，尤其当光伏系统作为独立电力系统运行时，储能环节更是不伏系统作为独立电力系统运行时，储能环节更是不可缺少的组成部分，一般来讲，白天把太阳光转化可缺少的组成部分，一般来讲，白天把太阳光转化为电能，通过充电器和蓄电池把电能储存起来，晚为电能，通过充电器和蓄电池把电能储存起来，晚上再通过放电器把储存在蓄电池里的电能放出来进上再通过放电器把储存在蓄电池里的电能放出来进行适当使用行适当使用 储能系统的好坏直接影响到光伏发电系统的好储能系统的好坏直接影响到光伏发电系统的好坏，坏，在实际的光伏发电系统中，储能部分又是最易在实际的光伏发电系统中，储能部分又是最易受损，最易消耗的部分受损，最易消耗的部分，获得最佳的储能系统成为，获得最佳的储能系统成为光伏发电系统设计的重要组成部分。光伏发电系统设计的重要组成部分。第第2 2章章 太阳能光伏系统的太阳能光伏系统的 蓄电池蓄电池第1页/共92页 一、蓄电池的分类及工作原理一、蓄电池的分类及工作原理 电池是一种化学电源，是在氧化还原的电化学过程电池是一种化学电源，是在氧化还原的电化学过程中将化学能转化为电能。二次电池又称为可充电电池或中将化学能转化为电能。二次电池又称为可充电电池或蓄电池。蓄电池。化学电源主要由正极、负极和电解质构成。使用蓄化学电源主要由正极、负极和电解质构成。使用蓄电池后，可用充电方式使两个电极的活性回复到初态，电池后，可用充电方式使两个电极的活性回复到初态，使蓄电池具有再次使用的功能。使蓄电池具有再次使用的功能。蓄电池的重要特征就是可反复充、放电。当蓄电池蓄电池的重要特征就是可反复充、放电。当蓄电池充电时，电能转变为化学能储存在蓄电池中，同时伴随充电时，电能转变为化学能储存在蓄电池中，同时伴随放热过程。蓄电池放电时，化学能转变为电能，向负荷放热过程。蓄电池放电时，化学能转变为电能，向负荷供电，伴随吸热过程。供电，伴随吸热过程。第2页/共92页1.1.蓄电池的分类蓄电池的分类铅酸蓄电池铅酸蓄电池镉镍蓄电池镉镍蓄电池氢镍蓄电池氢镍蓄电池锂离子蓄电池。锂离子蓄电池。第3页/共92页铅酸蓄电池铅酸蓄电池u 铅酸蓄电池放电工作电压较平稳，既可小电流放电，铅酸蓄电池放电工作电压较平稳，既可小电流放电，也可大电流放电。也可大电流放电。u工作温度范围宽，可在工作温度范围宽，可在-40-406565范围中工作。范围中工作。u铅酸蓄电池技术成熟、成本低廉，跟随负荷输出特铅酸蓄电池技术成熟、成本低廉，跟随负荷输出特性好是其最大优点，至今仍为蓄电池中的重要产品性好是其最大优点，至今仍为蓄电池中的重要产品u也有明显缺点，例如重量大，质量比能量低，虽然也有明显缺点，例如重量大，质量比能量低，虽然这种蓄电池需要维护，充电速度慢。这种蓄电池需要维护，充电速度慢。第4页/共92页正极活性物质。正极活性物质。为蓄电池正极，蓄电为蓄电池正极，蓄电池池工作时进行结合电子的还原反应。工作时进行结合电子的还原反应。负极活性物质。负极活性物质。为蓄电池负极，蓄电为蓄电池负极，蓄电池池工作时进行氧化反应，给出电子，通过工作时进行氧化反应，给出电子，通过外外电路传给正极。电路传给正极。电解质。电解质。提供蓄电池内部离子导电的提供蓄电池内部离子导电的介介质质隔膜。隔膜。为为保证正负极活性物质不因直保证正负极活性物质不因直接接接触而短路，接触而短路，又使正负极之间保持又使正负极之间保持最小小距距离，以减小蓄电池内阻而加的隔片，一离，以减小蓄电池内阻而加的隔片，一般般为绝缘性能良好的材料。为绝缘性能良好的材料。外壳。外壳。为蓄电池的容器，能耐电解质为蓄电池的容器，能耐电解质的的腐蚀，具有一定的机械强度。腐蚀，具有一定的机械强度。第5页/共92页 普通铅酸蓄电池由于具有使用寿命普通铅酸蓄电池由于具有使用寿命短、效率低、维护复杂、所产生的酸雾短、效率低、维护复杂、所产生的酸雾污染环境等问题，其使用范围很有限，污染环境等问题，其使用范围很有限，目前已逐渐被淘汰。目前已逐渐被淘汰。VRLA VRLA蓄电池整体采用密封结构，不蓄电池整体采用密封结构，不存在普通铅酸蓄电池的气涨、电解液渗存在普通铅酸蓄电池的气涨、电解液渗漏等现象，使用安全可靠、能量高、漏等现象，使用安全可靠、能量高、成本低、寿命长（十年）、容量大、不成本低、寿命长（十年）、容量大、不漏液、安全、不污染、可回收、使用方漏液、安全、不污染、可回收、使用方便，正常运行时无需对电解液进行检测便，正常运行时无需对电解液进行检测和调酸加水。和调酸加水。免维护。免维护。第6页/共92页蓄电池的技术指标蓄电池的技术指标u蓄电池的容量蓄电池的容量 蓄电池在一定放电条件下所能给出的电量称为蓄电池的容量，蓄电池在一定放电条件下所能给出的电量称为蓄电池的容量，常用常用C C表示。蓄电池作为电源，由于其端电压是一个变值，选用表示。蓄电池作为电源，由于其端电压是一个变值，选用安培小时安培小时(A(Ah)h)表示蓄电池的电源特性，更为准确。表示蓄电池的电源特性，更为准确。理论上，理论上，t t可以趋于无穷，但实际上，当蓄电池放电低于终可以趋于无穷，但实际上，当蓄电池放电低于终止电压时仍继续放电，这可能损坏蓄电池，故对止电压时仍继续放电，这可能损坏蓄电池，故对t t值有限制。值有限制。所谓终止电压指蓄电池低于这一规定的电压时，蓄电池就无所谓终止电压指蓄电池低于这一规定的电压时，蓄电池就无法为负载提供正常工作的电压。蓄电池在低于终止电压的情况下法为负载提供正常工作的电压。蓄电池在低于终止电压的情况下继续放电使用，可能会造成蓄电池永久损坏。继续放电使用，可能会造成蓄电池永久损坏。第7页/共92页 在蓄电池行业中，以小时或分钟表示蓄电池可持续放电的时间，在蓄电池行业中，以小时或分钟表示蓄电池可持续放电的时间，常见的有：常见的有：C C2424、C C2020、C C8 8、C C3 3、C C1 1等标称容量值。等标称容量值。蓄电池容量可分为蓄电池容量可分为理论容量、额定容量、实际容量。理论容量、额定容量、实际容量。(1)(1)理论容量理论容量是把活性物质的质量按洼拉第定律计算而得到的最是把活性物质的质量按洼拉第定律计算而得到的最高理论值。高理论值。(2)(2)实际容量实际容量是指蓄电池在一定条件下所能输出的电量。它等于是指蓄电池在一定条件下所能输出的电量。它等于放电电流与放电时间的乘积，其值小于理论容量。放电电流与放电时间的乘积，其值小于理论容量。(3)(3)额定容量额定容量也称为标称容量、保证容量，是按国家或有关部门也称为标称容量、保证容量，是按国家或有关部门颁发的标准，保证蓄电池在一定的放电条件下应该放出的最低限度颁发的标准，保证蓄电池在一定的放电条件下应该放出的最低限度的容量。的容量。例如，额定容量为例如，额定容量为6Ah6Ah的蓄电池，的蓄电池，C=6Ah C=6Ah；额定；额定容量为容量为24Ah24Ah的蓄电池，的蓄电池，C=24AhC=24Ah。第8页/共92页u蓄电池的电压蓄电池的电压(1)(1)开路电压开路电压。蓄电池在开路状态下的端电压称为开路电压。蓄电池的开路蓄电池在开路状态下的端电压称为开路电压。蓄电池的开路电压等于蓄电池左外电路断路时（即没有电流通过两极时）蓄电电压等于蓄电池左外电路断路时（即没有电流通过两极时）蓄电池的正极电位与负极电位之差。池的正极电位与负极电位之差。V Vk k表示表示(2)(2)工作电压工作电压。指蓄电池接通负荷后在放电过程中显示的电压，又称负荷指蓄电池接通负荷后在放电过程中显示的电压，又称负荷（载）电压或放电电压。常用（载）电压或放电电压。常用V V表示，即表示，即 式中，式中，I I是蓄电池放电电流；是蓄电池放电电流；R R0 0为蓄电池的欧姆电阻；为蓄电池的欧姆电阻；R Rj j为为蓄电池的极化电阻。蓄电池的极化电阻。(3)(3)初始电压初始电压。蓄电池在放电初始时的工作电压称为初始电压。蓄电池在放电初始时的工作电压称为初始电压。蓄电池的技术指标蓄电池的技术指标第9页/共92页(4)(4)充电电压充电电压。充电电压是指蓄电池在充电时，外电源加在蓄电池两端的电充电电压是指蓄电池在充电时，外电源加在蓄电池两端的电压。压。(5)(5)浮充电压浮充电压。蓄电池的浮充电压为充电器对蓄电池进行浮充电时设定的电蓄电池的浮充电压为充电器对蓄电池进行浮充电时设定的电压值。蓄电池要求充电器应有精确而稳定的浮充电压值，浮充电压值。蓄电池要求充电器应有精确而稳定的浮充电压值，浮充电压值高意味着储存能量大，质量差的蓄电池浮充电压值一般较小，压值高意味着储存能量大，质量差的蓄电池浮充电压值一般较小，人为地提高浮充电压值对蓄电池有害而无益。人为地提高浮充电压值对蓄电池有害而无益。(6)(6)终止电压终止电压。蓄电池放电终止电压是蓄电池放电时电压下降到不能再继续蓄电池放电终止电压是蓄电池放电时电压下降到不能再继续放电的最低工作电压，一般规定固定型蓄电池放电的最低工作电压，一般规定固定型蓄电池1010小时率放电时，小时率放电时，单体蓄电池放电的终止电压为单体蓄电池放电的终止电压为1.8 V1.8 V（相对于单体（相对于单体2V2V蓄电池）。蓄电池）。第10页/共92页u蓄电池充放电曲线蓄电池充放电曲线 蓄电池电压随充电时间变化的曲线称为充电曲线；蓄电池电蓄电池电压随充电时间变化的曲线称为充电曲线；蓄电池电压陋放电时间变化的曲线称压陋放电时间变化的曲线称为放电曲线。为放电曲线。u放电时率与放电倍率放电时率与放电倍率(1)(1)放电时率放电时率。蓄电池放电时率是以放电时间长短来表示蓄电池。蓄电池放电时率是以放电时间长短来表示蓄电池放电的速率，即蓄电池在规定的放电时间内，以规定的电流放出放电的速率，即蓄电池在规定的放电时间内，以规定的电流放出的容量。的容量。(2)(2)放电倍率放电倍率。放电倍率。放电倍率(X)(X)是放电电流为蓄电池额定容量的一个是放电电流为蓄电池额定容量的一个倍数，即倍数，即 式中，式中，X X为放电倍率为放电倍率 I I为放电电流为放电电流 C C为蓄电池的额定容量。为蓄电池的额定容量。蓄电池的技术指标蓄电池的技术指标 功率和比功率功率和比功率、能量和比能量能量和比能量、循环寿命循环寿命、自放电自放电等参数等参数第11页/共92页铅酸蓄电池的放电过程说明铅酸蓄电池的放电过程说明F若将蓄电池与外电路的负荷接通，电动势使电路内产生电流。电子若将蓄电池与外电路的负荷接通，电动势使电路内产生电流。电子e e从负极板经过外电路负荷流向正极板。从负极板经过外电路负荷流向正极板。F负极板处：负极板处：P Pb b2+2+SO+SO4 42-2-PbSO PbSO4 4（沉附在负极板上）（沉附在负极板上）P Pb b P Pb b2+2+2e (P+2e (Pb b继续溶解继续溶解)F正极板处：正极板处：P Pb b4+4+2e P+2e Pb b2+2+P Pb b2+2+SO+SO4 42-2-PbSO PbSO4 4（沉附在正极板上）（沉附在正极板上）F外部电路继续流通，正负极板上的活性物质外部电路继续流通，正负极板上的活性物质P Pb bO O2 2 和和PbPb不断转化为不断转化为PbSOPbSO4 4，电解液中的硫酸逐渐减少。水增多。电解液中的硫酸逐渐减少。水增多。第12页/共92页 VRLA VRLA蓄电池的工作原理基本上仍沿袭于传统蓄电池的工作原理基本上仍沿袭于传统的铅酸蓄电池，它的正极活性物质是二氧化铅的铅酸蓄电池，它的正极活性物质是二氧化铅(Pb0Pb02 2，)，负极活性物质是海绵状金属铅，负极活性物质是海绵状金属铅(Pb)(Pb)，电，电解液是稀硫酸解液是稀硫酸(H(H2 2SOSO4 4。)，其电极反应方程式如下：，其电极反应方程式如下：VRLAVRLA蓄电池工作原理蓄电池工作原理第13页/共92页u初始充电初始充电 初始充电的时间初始充电的时间与充电速率有关，当充与充电速率有关，当充电速率大于电速率大于C/5C/5时，蓄电池容量恢复到放出容时，蓄电池容量恢复到放出容量的量的80%80%以前，即开始过充电反应，如图所示以前，即开始过充电反应，如图所示 采用较大充电速率时，为了使蓄电池容采用较大充电速率时，为了使蓄电池容量恢复到量恢复到100%100%，必须允许一定的过充电，过，必须允许一定的过充电，过充电反应发生后，单格蓄电池的电压迅速上充电反应发生后，单格蓄电池的电压迅速上升，达到一定数值后，上升速率减小，然后升，达到一定数值后，上升速率减小，然后蓄电池电压开始缓慢下降。由此可知，蓄电蓄电池电压开始缓慢下降。由此可知，蓄电池充足电后，维持蓄电池容量的最佳方法是池充足电后，维持蓄电池容量的最佳方法是在蓄电池组两端加入恒定的电压。这就是说，在蓄电池组两端加入恒定的电压。这就是说，蓄电池充足电后，充电器应输出恒定的浮充蓄电池充足电后，充电器应输出恒定的浮充电压。电压。蓄电池的特性蓄电池的特性第14页/共92页u浮充电：浮充电：浮充电压浮充电压 蓄电池的特性蓄电池的特性u浮充电：浮充电：浮充电流浮充电流 普通铅酸蓄电池的浮充电流有两个作用：普通铅酸蓄电池的浮充电流有两个作用：一是补偿铅酸蓄电池自放电的损失；二是向日常性负载提供电流。而一是补偿铅酸蓄电池自放电的损失；二是向日常性负载提供电流。而VRLAVRLA蓄电池的浮充电流有三个作用：其一是补偿蓄电池的浮充电流有三个作用：其一是补偿VRLAVRLA蓄电池自放电的损失；其二蓄电池自放电的损失；其二是向日常性负载提供电流；三是维持是向日常性负载提供电流；三是维持VRLAVRLA蓄电池的内氧循环。蓄电池的内氧循环。在浮充状态下，充入在浮充状态下，充入VRLAVRLA蓄电池的电流应能补偿蓄电池的电流应能补偿VRLAVRLA蓄电池因自放电而蓄电池因自放电而失去的电量和维持失去的电量和维持VRLAVRLA蓄电池内氧循环。浮充电压不能过高，以免因严重过蓄电池内氧循环。浮充电压不能过高，以免因严重过充电而缩短充电而缩短VRLAVRLA蓄电池的寿命。选择适当的浮充电压，蓄电池的寿命。选择适当的浮充电压，VRLAVRLA蓄电池的浮充寿蓄电池的浮充寿命可达命可达1010年以上。实践证明，实际的浮充电压与规定的浮充电压相差年以上。实践证明，实际的浮充电压与规定的浮充电压相差5%5%时，时，VRLAVRLA蓄电池的寿命将缩短一半。蓄电池的寿命将缩短一半。第15页/共92页蓄电池的特性蓄电池的特性u气体的复合气体的复合 在正常浮充电电压下，电流在在正常浮充电电压下，电流在0.0.02C02C以下时，正极析出的氧扩散到负极以下时，正极析出的氧扩散到负极表面。表面。100%100%在负极还原，负极周围无在负极还原，负极周围无盈余的氧气，负极析出的氢气是微量盈余的氧气，负极析出的氢气是微量的。若提升浮充电压，或环境温度升的。若提升浮充电压，或环境温度升高，使充人电流徒升，气体再化合效高，使充人电流徒升，气体再化合效率随充电电流增大而变小，在率随充电电流增大而变小，在0.05C0.05C时复合率为时复合率为90%90%，当电流在，当电流在0.IC0.IC时，时，气体再化合效率近似为零。如图气体再化合效率近似为零。如图3-43-4所所示，很多，示，很多，VRLAVRLA蓄电池内压徒升，安蓄电池内压徒升，安全阀开启全阀开启第16页/共92页蓄电池的特性蓄电池的特性u温度的影响温度的影响 VRLAVRLA蓄电池电压与温度的关系是，温度每升高蓄电池电压与温度的关系是，温度每升高1 1，单格，单格VRLAVRLA蓄蓄电池的电压将下降约电池的电压将下降约3 mV/3 mV/单体单体VRLAVRLA蓄电池。也就是说，蓄电池。也就是说，VRLAVRLA蓄电池蓄电池的电压具有负温度系数，其值为的电压具有负温度系数，其值为-3 mV/-3 mV/。由此可知，在环境温度为由此可知，在环境温度为2525时工作很理想的充电器，当环境时工作很理想的充电器，当环境温度降到温度降到O O 时，时，VRLAVRLA蓄电池就不能充足电，当环境温度升到蓄电池就不能充足电，当环境温度升到5050时会使时会使VRLAVRLA蓄电池过充电，蓄电池过充电，VRLAVRLA蓄电池将因严重过充电而缩短寿命。蓄电池将因严重过充电而缩短寿命。温度低于温度低于-40-40 时，时，VRLAVRLA蓄电池还能正常工作，但蓄电池还能正常工作，但VRLAVRLA蓄电池容量蓄电池容量会减小。会减小。因此，为了保证在很宽的温度范围内都能使因此，为了保证在很宽的温度范围内都能使VRLAVRLA蓄电池刚好充蓄电池刚好充足电，充电器的输出电压必须随足电，充电器的输出电压必须随VRLAVRLA蓄电池的电压温度系数而变。蓄电池的电压温度系数而变。第17页/共92页蓄电池的特性蓄电池的特性u气体的复合气体的复合 在正常浮充电电压下，电流在在正常浮充电电压下，电流在0.0.02C02C以下时，正极析出的氧扩散到负极以下时，正极析出的氧扩散到负极表面。表面。100%100%在负极还原，负极周围无在负极还原，负极周围无盈余的氧气，负极析出的氢气是微量盈余的氧气，负极析出的氢气是微量的。若提升浮充电压，或环境温度升的。若提升浮充电压，或环境温度升高，使充人电流徒升，气体再化合效高，使充人电流徒升，气体再化合效率随充电电流增大而变小，在率随充电电流增大而变小，在0.05C0.05C时复合率为时复合率为90%90%，当电流在，当电流在0.IC0.IC时，时，气体再化合效率近似为零。如图气体再化合效率近似为零。如图3-43-4所所示，很多，示，很多，VRLAVRLA蓄电池内压徒升，安蓄电池内压徒升，安全阀开启全阀开启第18页/共92页蓄电池的特性蓄电池的特性u温度的影响温度的影响 VRLAVRLA蓄电池电压与温度的关系是，温度每升高蓄电池电压与温度的关系是，温度每升高1 1，单格，单格VRLAVRLA蓄蓄电池的电压将下降约电池的电压将下降约3 mV/3 mV/单体单体VRLAVRLA蓄电池。也就是说，蓄电池。也就是说，VRLAVRLA蓄电池蓄电池的电压具有负温度系数，其值为的电压具有负温度系数，其值为-3 mV/-3 mV/。由此可知，在环境温度为由此可知，在环境温度为2525时工作很理想的充电器，当环境时工作很理想的充电器，当环境温度降到温度降到O O 时，时，VRLAVRLA蓄电池就不能充足电，当环境温度升到蓄电池就不能充足电，当环境温度升到5050时会使时会使VRLAVRLA蓄电池过充电，蓄电池过充电，VRLAVRLA蓄电池将因严重过充电而缩短寿命。蓄电池将因严重过充电而缩短寿命。温度低于温度低于-40-40 时，时，VRLAVRLA蓄电池还能正常工作，但蓄电池还能正常工作，但VRLAVRLA蓄电池容量蓄电池容量会减小。会减小。因此，为了保证在很宽的温度范围内都能使因此，为了保证在很宽的温度范围内都能使VRLAVRLA蓄电池刚好充蓄电池刚好充足电，充电器的输出电压必须随足电，充电器的输出电压必须随VRLAVRLA蓄电池的电压温度系数而变。蓄电池的电压温度系数而变。第19页/共92页蓄电池充电器控制芯片蓄电池充电器控制芯片 铅酸蓄电池在直接供电和备用供电的应用场合得到了铅酸蓄电池在直接供电和备用供电的应用场合得到了广泛的应用。为了充分发挥铅酸蓄电池的作用，充电器广泛的应用。为了充分发挥铅酸蓄电池的作用，充电器电路在给电池充电的过程中，应给电池充足电，尽量避电路在给电池充电的过程中，应给电池充足电，尽量避免过充电，从而延长其使用寿命，由于铅酸蓄电池的电免过充电，从而延长其使用寿命，由于铅酸蓄电池的电量和温度有关，所以在设计充电器电路时应考虑到温度量和温度有关，所以在设计充电器电路时应考虑到温度对充电量大小的影响，从而使电池充足电并延长其使用对充电量大小的影响，从而使电池充足电并延长其使用寿命。寿命。集成电路控制的充电电路是很好的选择。集成电路控制的充电电路是很好的选择。第20页/共92页铅酸蓄电池充电时的问题铅酸蓄电池充电时的问题先应使电池尽快充足电先应使电池尽快充足电其次应补充由于电池的自放电而减少的电量其次应补充由于电池的自放电而减少的电量这样在电池的充电过程中需要准确地这样在电池的充电过程中需要准确地检测充电电检测充电电压和充电温度压和充电温度 在铅酸蓄电池的充电过程中，硫酸铅被转换成了在铅酸蓄电池的充电过程中，硫酸铅被转换成了负负极板上的铅和正极板上的二氧化铅，当电池内的大极板上的铅和正极板上的二氧化铅，当电池内的大部部分硫酸铅被转变成铅和二氧化铅后，随之就出现了分硫酸铅被转变成铅和二氧化铅后，随之就出现了电电池的过充电现象，导致氢气和氧气的产生。如果电池的过充电现象，导致氢气和氧气的产生。如果电池池的充电速率选得适当，则大部分的氢气和氧气在密的充电速率选得适当，则大部分的氢气和氧气在密封封电池内部再结合，但是在非密封电池中则会产生脱电池内部再结合，但是在非密封电池中则会产生脱水水现象。现象。第21页/共92页 当电池的电压突然急剧上升时，则当电池的电压突然急剧上升时，则表表示可能出现了过充电现象，示可能出现了过充电现象，而过充电而过充电点点的出现位置和充电速率有关的出现位置和充电速率有关当充电当充电速速率增加和出现过充电时，电池的充电率增加和出现过充电时，电池的充电电电量减少，出现过充电点正好和它充足量减少，出现过充电点正好和它充足电电的时刻相对应，这时电池的充电速率的时刻相对应，这时电池的充电速率必必须少于须少于c cl(l(相对铅酸蓄电池相对铅酸蓄电池1Ah1Ah电量电量的的1 1IOOA)IOOA)。在大充电速率的应用场合，。在大充电速率的应用场合，应注意它的过充电问题，应注意它的过充电问题，以确保充足以确保充足电电。从图。从图l l所示的曲线可以看出，当充电所示的曲线可以看出，当充电率率上升时，过充电现象就会出现得早些，上升时，过充电现象就会出现得早些，从其曲线急剧上升点可以看出。从其曲线急剧上升点可以看出。第22页/共92页铅酸蓄电池的涓流充电铅酸蓄电池的涓流充电 如果电池的电压低于预定的阈如果电池的电压低于预定的阈值电压，则表明电池已经历深度放值电压，则表明电池已经历深度放电或内部有短路的单元，这时可采电或内部有短路的单元，这时可采用一个小的涓流电流充电，使电压用一个小的涓流电流充电，使电压上升到和电池零容量相对应的电压上升到和电池零容量相对应的电压值值(典型值为典型值为1.7v1.7v1 1节电池节电池25)25)。涓电流充电可以避免由于大的涓电流充电可以避免由于大的充电电流而引起有短路的单元而致充电电流而引起有短路的单元而致使有过量气体溢出的现象。但需注使有过量气体溢出的现象。但需注意的是，经过涓电流后，电池的电意的是，经过涓电流后，电池的电压已上升，这时如果要检测被充电压已上升，这时如果要检测被充电电池中的短路单元就显得十分困难电池中的短路单元就显得十分困难了。了。第23页/共92页铅酸蓄电池的大电流充电铅酸蓄电池的大电流充电阶段阶段 电池一旦经过涓流充电，其电压超过了涓流充电的阈值电压，这时充电器电路转人大电流充电工作状态，在这个充电状态，电池的主要电量被恢复。第24页/共92页铅酸蓄电池的过充电铅酸蓄电池的过充电 电池在经历了大电流充电工作状态后，电池在经历了大电流充电工作状态后，使充电器转入过充电状态，以确保存在较短使充电器转入过充电状态，以确保存在较短时间内使电池充足电，而过充电电压的大小时间内使电池充足电，而过充电电压的大小取决于图取决于图1 1所示的大电流充电电流速率的大小。所示的大电流充电电流速率的大小。需注意的是，对非密封式电池而言，应需注意的是，对非密封式电池而言，应控制其过充电的时间，应使其过充电时间应控制其过充电的时间，应使其过充电时间应尽量短，尽量短，以避免出现气体外溢和脱水现象。以避免出现气体外溢和脱水现象。在过充电期开始的时间，过充电电流和大电在过充电期开始的时间，过充电电流和大电流充电电流一样大，一旦达到了电池的过充流充电电流一样大，一旦达到了电池的过充电电压，则应减小过充电电流，当过充电电电电压，则应减小过充电电流，当过充电电流减小到一个比较低的值后，过充电状态结流减小到一个比较低的值后，过充电状态结束。一般而言，电池过充状态中止的过充电束。一般而言，电池过充状态中止的过充电流为大充电电流的流为大充电电流的1 11010。第25页/共92页铅酸蓄电池的浮充电铅酸蓄电池的浮充电 为了保持电池的电量充足，在经历为了保持电池的电量充足，在经历了过充阶段后，电池进入浮充工作状态，了过充阶段后，电池进入浮充工作状态，此时电池的充电电压为一个恒定值，这此时电池的充电电压为一个恒定值，这时充电器为维持电池电压不变所时充电器为维持电池电压不变所需一个充电电流，并且可以利用这个充需一个充电电流，并且可以利用这个充电电流补偿由电池的漏电流而引起的电电电流补偿由电池的漏电流而引起的电池电量减少。池电量减少。当有负载加到蓄电池后，充电器电当有负载加到蓄电池后，充电器电路将提供所需的大部分大电流充电电流，路将提供所需的大部分大电流充电电流，这时电池充电电流被维持在浮充电电流这时电池充电电流被维持在浮充电电流的水平，直至电池电压下降至充电电压的水平，直至电池电压下降至充电电压的的9090 ，在电池电压低于浮充电电压，在电池电压低于浮充电电压的的9090 以后，就又进人大电流充电状以后，就又进人大电流充电状态。态。第26页/共92页充电电路可以分成三个基本组成部份充电电路可以分成三个基本组成部份 第一部分电路是用于提供充电控制功能及充电第一部分电路是用于提供充电控制功能及充电温温度补偿的电压控制电路和充电工作状态控制逻辑电度补偿的电压控制电路和充电工作状态控制逻辑电路路 第二部分电路是由电压控制环路来调节充电电第二部分电路是由电压控制环路来调节充电电流流和充电逻辑控制状态的开关充电控制电路和充电逻辑控制状态的开关充电控制电路 第三部分电路为被充电电池提供足够充电电流第三部分电路为被充电电池提供足够充电电流的的功率输出级电路。功率输出级电路。蓄电池充电器控制电路设计蓄电池充电器控制电路设计第27页/共92页蓄电池充电器控制电路蓄电池充电器控制电路1.UC39061.UC3906 作为作为VRLAVRLA蓄电池充电专用芯片，它具有实现蓄电池充电专用芯片，它具有实现VRLAVRLA蓄电池最蓄电池最佳充电所需的全部控制和检测功能。佳充电所需的全部控制和检测功能。u 它能使充电器各种转换电压随它能使充电器各种转换电压随VRLAVRLA蓄电池电压温度系数的变蓄电池电压温度系数的变化而变化化而变化u从而使从而使VRLAVRLA蓄电池在很宽的温度范围内都能达到最佳充电状蓄电池在很宽的温度范围内都能达到最佳充电状态。态。第28页/共92页 1 1UC3906UC3906的结构和工作原理的结构和工作原理图3-10双电平浮充充电器基本电路第29页/共92页 1 1UC3906UC3906的结构和工作原理的结构和工作原理图3-10双电平浮充充电器基本电路第30页/共92页UC3906UC3906结构和特性结构和特性 UC3906 UC3906芯片内含有独立的电压控制电路和限流放大器，控制芯芯片内含有独立的电压控制电路和限流放大器，控制芯片内的驱动器可提供的输出电流达片内的驱动器可提供的输出电流达25 mA25 mA，可直接驱动外部串联调整，可直接驱动外部串联调整管，从而调整充电器的输出电压和电流。电压和电流检测比较器检管，从而调整充电器的输出电压和电流。电压和电流检测比较器检测蓄电池的充电状态，并控制充电状态逻辑电路的输入信号。测蓄电池的充电状态，并控制充电状态逻辑电路的输入信号。第31页/共92页第第4 4章章 太阳能光伏发电系太阳能光伏发电系统统 -控制控制器器u控制器的工作原理及策略控制器的工作原理及策略u分组控制策略分组控制策略u太阳能太阳能LEDLED路灯控制器路灯控制器u太阳能电源双路输出控制器太阳能电源双路输出控制器第32页/共92页太阳能电池组件或方阵太阳能电池组件或方阵 用于发电用于发电蓄电池蓄电池 用于储存电用于储存电光伏控制器光伏控制器 用于控制整个系统的工作状态用于控制整个系统的工作状态交流逆变器交流逆变器 用于将组件或者电池输出的用于将组件或者电池输出的直流电转换为交流电直流电转换为交流电光伏发电系统附属设施光伏发电系统附属设施 包括直流配线系统、交流配电包括直流配线系统、交流配电系统、运行监控和检测系统、防雷系统、运行监控和检测系统、防雷和接地系统等和接地系统等 一、独立太阳能光伏系统的构成一、独立太阳能光伏系统的构成第33页/共92页 负载特性负载特性在光伏发电系统中占有非常重要的地位在光伏发电系统中占有非常重要的地位u 一方面，由于光伏电池板特性导致光伏发电系统的负载特性比较软，容一方面，由于光伏电池板特性导致光伏发电系统的负载特性比较软，容量稍大的负载启停将直接对光伏发电系统的输出造成较大的冲击，使得工量稍大的负载启停将直接对光伏发电系统的输出造成较大的冲击，使得工作点有较大的波动，严重时，还会造成诸如电动机之类的负荷不能正常启作点有较大的波动，严重时，还会造成诸如电动机之类的负荷不能正常启动。动。u 另一方面，负荷工作点很难精确地与光伏电池板输出的最大功率点相匹另一方面，负荷工作点很难精确地与光伏电池板输出的最大功率点相匹配，需要对负荷加以调整，以实现光伏输出最大功率。配，需要对负荷加以调整，以实现光伏输出最大功率。负载特性分为稳态特性和动态特性，其中稳态特性包括负载正常运行负载特性分为稳态特性和动态特性，其中稳态特性包括负载正常运行条件下的伏安特性和功率特性等条件下的伏安特性和功率特性等;动态特性包括启动和停止，以及电压和电动态特性包括启动和停止，以及电压和电流突变期间的电压和电流之间的非线性函数关系。稳态条件下要考虑负载流突变期间的电压和电流之间的非线性函数关系。稳态条件下要考虑负载功率与发电功率之间的平衡，当某时段存在发电和用电功率不平衡时，一功率与发电功率之间的平衡，当某时段存在发电和用电功率不平衡时，一般要由蓄电池或柴油发电机加以调节和平衡。般要由蓄电池或柴油发电机加以调节和平衡。第34页/共92页 变换器变换器是光伏发电系统的关键部件。变换器分直流变换是光伏发电系统的关键部件。变换器分直流变换器和交流变换器两种，直流变换器类似于开关电源，将直流器和交流变换器两种，直流变换器类似于开关电源，将直流电压和电流变换为不同电压等级的直流电压和电流电压和电流变换为不同电压等级的直流电压和电流;而交流逆而交流逆变器是将直流电力逆变成交流电力。变器是将直流电力逆变成交流电力。光伏发电系统中的变换器一般包括太阳能最大功率点控光伏发电系统中的变换器一般包括太阳能最大功率点控制器、蓄电池充电控制器、光伏直流输电用升降压变换器、制器、蓄电池充电控制器、光伏直流输电用升降压变换器、交流逆变器等交流逆变器等 太阳能最大功率点控制器。太阳能最大功率点控制器。其变换器通过调节负载功其变换器通过调节负载功率，改变光伏电池板的输出电流和电压，使光伏电池板输出率，改变光伏电池板的输出电流和电压，使光伏电池板输出电压工作在最大功率点电压处，实现光伏功率输出最大化。电压工作在最大功率点电压处，实现光伏功率输出最大化。第35页/共92页 蓄电池充电控制器。蓄电池充电控制器。该变换器为该变换器为DC/DCDC/DC变换器，通过调节控制变换器，通过调节控制器的直流电压和电流输出值，达到对电流或电压不同目标的控制，器的直流电压和电流输出值，达到对电流或电压不同目标的控制，实现不同策略的充电控制。如恒流充电，是以蓄电池充电电流恒实现不同策略的充电控制。如恒流充电，是以蓄电池充电电流恒定为控制目标进行控制定为控制目标进行控制;恒压充电，是以蓄电池充电电压恒定为恒压充电，是以蓄电池充电电压恒定为控制目标进行控制。控制目标进行控制。光伏直流输电用升降压变换器。光伏直流输电用升降压变换器。该变换器为该变换器为DC/DCDC/DC变换器，变换器，包括升压变换器和降压变换器。其中升压变换器主要用于光伏包括升压变换器和降压变换器。其中升压变换器主要用于光伏发电系统向电站配电房直流输电，或光伏电池升压输出或蓄电发电系统向电站配电房直流输电，或光伏电池升压输出或蓄电池升压输出，向高电压用电器供电池升压输出，向高电压用电器供电;其中降压变换器主要用于其中降压变换器主要用于光伏工作点控制、负载调节控制以及蓄电池充电控制等。光伏工作点控制、负载调节控制以及蓄电池充电控制等。第36页/共92页 交流逆变器。交流逆变器。该变换器为该变换器为DC/ACDC/AC变换器，包括无源式变换器，包括无源式逆变器和有源式逆变器。其中无源逆变器用于孤立型光逆变器和有源式逆变器。其中无源逆变器用于孤立型光伏电站为交流负载供电，通过开关电路，输出方波或正伏电站为交流负载供电，通过开关电路，输出方波或正弦波交流电力，正弦交流一般经弦波交流电力，正弦交流一般经PWMPWM调制产生。有源逆调制产生。有源逆变器用于光伏并网，通过开关电路，以变器用于光伏并网，通过开关电路，以PWMPWM方式产生调方式产生调制的正弦交流电力，可采用电流源或电压源方式向电网制的正弦交流电力，可采用电流源或电压源方式向电网输送功率。其中以电压源方式并网输电方式最为普遍，输送功率。其中以电压源方式并网输电方式最为普遍，在电压源逆变器与电网之间还要增加电感限流器。在电压源逆变器与电网之间还要增加电感限流器。第37页/共92页 1.1.负载接入原则负载接入原则 在光伏发电系统中接入的负载应遵循以下原则在光伏发电系统中接入的负载应遵循以下原则:接人系统的负载要精打细算，因为光伏发电系统投资较大，必接人系统的负载要精打细算，因为光伏发电系统投资较大，必须对负载进行严格管理和限制，不得过多接人负载。如非必要，须对负载进行严格管理和限制，不得过多接人负载。如非必要，不得使用大功率电器和高耗能性负载，如电热水器、电炉等。不得使用大功率电器和高耗能性负载，如电热水器、电炉等。选用节能型负载，如节能灯、液晶电视机等。选用节能型负载，如节能灯、液晶电视机等。计划用电，科学安排一天用电。大功率电器，如水泵等尽可能计划用电，科学安排一天用电。大功率电器，如水泵等尽可能安排在光伏发电能力最强的中午使用，大功率电器不要集中同时安排在光伏发电能力最强的中午使用，大功率电器不要集中同时使用，要错开时段使用。同时在夜晚或阴雨天气下尽量少用电器，使用，要错开时段使用。同时在夜晚或阴雨天气下尽量少用电器，尽量减少蓄电池循环电量，提高蓄电池使用寿命和系统综合效率。尽量减少蓄电池循环电量，提高蓄电池使用寿命和系统综合效率。第38页/共92页 二、光伏系统控制器简介二、光伏系统控制器简介 控制器的作用是使太阳能电池和蓄电池高效、安全、控制器的作用是使太阳能电池和蓄电池高效、安全、可靠地工作，以获得最高效率并延长蓄电池的使用寿命。可靠地工作，以获得最高效率并延长蓄电池的使用寿命。u控制器对蓄电池的充、放电进行控制，对蓄电池充放控制器对蓄电池的充、放电进行控制，对蓄电池充放电条件加以限制，防止蓄电池反充电、过充电及过放电；电条件加以限制，防止蓄电池反充电、过充电及过放电；u按照负载的电源需求控制太阳能电池组件和蓄电池对按照负载的电源需求控制太阳能电池组件和蓄电池对负载输出电能；负载输出电能；u使系统处于最大功率点附近；使系统处于最大功率点附近；u控制器还应具有高压断开、欠压警告、电路短路保护、控制器还应具有高压断开、欠压警告、电路短路保护、反接保护、雷电保护及温度补偿等功能。反接保护、雷电保护及温度补偿等功能。第39页/共92页 光伏系统控制器的基本工作原理光伏系统控制器的基本工作原理 太阳能电池的伏安特性具有很太阳能电池的伏安特性具有很强强的非线性，即当日照强度改变时，的非线性，即当日照强度改变时，其其开路电压不会有太大的改变，但所开路电压不会有太大的改变，但所产产生的最大电流会有相当大