太阳能光伏发电系统原理与应用技术：第5章-控制器课件.ppt

第第5章章 光伏光伏控制器控制器第第5章章 光伏控制器光伏控制器 光伏控制器光伏控制器5.1 光伏控制器概述光伏控制器概述5.1.1 光伏控制器的基本概念光伏控制器的基本概念 光伏控制器是对光伏发电系统进行管理和控制的设备。光伏控制器是对光伏发电系统进行管理和控制的设备。光伏控制器主要由电子元器件、仪表、继电器、开关等光伏控制器主要由电子元器件、仪表、继电器、开关等组成组成。基本原理：基本原理：控制器通过检测蓄电池的电压或荷电状态，判控制器通过检测蓄电池的电压或荷电状态，判断蓄电池是否已经达到过充电点或过放电点，并根据检测结断蓄电池是否已经达到过充电点或过放电点，并根据检测结果发出继续充、放电或终止充、放电的指令，实现控制作果发出继续充、放电或终止充、放电的指令，实现控制作用。用。基本作用基本作用：保护蓄电池：保护蓄电池；平衡光伏系统能量；平衡光伏系统能量；显示系统；显示系统工作状态工作状态。5.1 光伏控制器概述光伏控制器概述5.1.2 光伏控制器的主要功能光伏控制器的主要功能 在太阳能光伏发电系统中，控制器是整个系统的核心部在太阳能光伏发电系统中，控制器是整个系统的核心部件件。为了延长蓄电池的寿命，必须对它为了延长蓄电池的寿命，必须对它过放电过放电、过充电过充电、深度充电深度充电、负载过流负载过流和和反充电反充电等情况加以限制。在温差较等情况加以限制。在温差较大的地区，性能良好的控制器应具备大的地区，性能良好的控制器应具备温度补偿温度补偿功能，同时功能，同时能依照负载的电源需求来控制太阳能电池和蓄电池对负载能依照负载的电源需求来控制太阳能电池和蓄电池对负载电能的输出。电能的输出。5.1 光伏控制器概述光伏控制器概述5.1.2 光伏控制器的主要功能光伏控制器的主要功能 （1）具有输入充满断开和恢复连接功能）具有输入充满断开和恢复连接功能，标准设计的蓄，标准设计的蓄电池电压值为电池电压值为12V时，充满断开和恢复连接的参考值为：时，充满断开和恢复连接的参考值为：启动型铅酸电池：充满断开为启动型铅酸电池：充满断开为15.015.2V，恢复连接，恢复连接为为13.7V；固定型铅酸电池：充满断开为固定型铅酸电池：充满断开为14.815.0V，恢复连接，恢复连接为为13.5V；密封型铅酸电池：充满断开为密封型铅酸电池：充满断开为14.114.5V，恢复连接，恢复连接为为13.2V。（2）具有对蓄电池充放电管理和最优充电控制功能）具有对蓄电池充放电管理和最优充电控制功能。5.1 光伏控制器概述光伏控制器概述 （3）设备保护功能：）设备保护功能：防止太阳能电池板或电池方阵、蓄防止太阳能电池板或电池方阵、蓄电池极性反接的电路保护；防止负载、控制器、逆变器和电池极性反接的电路保护；防止负载、控制器、逆变器和其它设备内部短路保护；防止夜间蓄电池通过太阳能电池其它设备内部短路保护；防止夜间蓄电池通过太阳能电池组件反向放电保护；防雷击引起的击穿保护。组件反向放电保护；防雷击引起的击穿保护。（4）温度补偿功能（仅适用于蓄电池充满电压）：）温度补偿功能（仅适用于蓄电池充满电压）：通常通常蓄电池的温度补偿系数为蓄电池的温度补偿系数为(35)mV/(cell)。（5）光伏发电系统的各种工作状态显示功能）光伏发电系统的各种工作状态显示功能：主要显示：主要显示蓄电池蓄电池(组组)电压、负载状态、电池方阵工作状态、辅助电源电压、负载状态、电池方阵工作状态、辅助电源状态、环境温度状态、故障报警等。状态、环境温度状态、故障报警等。发光二极管颜色判断：绿色，工作正常；黄色，蓄电池发光二极管颜色判断：绿色，工作正常；黄色，蓄电池电能不足；红色，蓄电池电能严重不足，自动断开负载。电能不足；红色，蓄电池电能严重不足，自动断开负载。5.1 光伏控制器概述光伏控制器概述 （6）对于直流负载，控制器还可以有）对于直流负载，控制器还可以有稳压功能稳压功能，为负载，为负载提供稳定的直流电。提供稳定的直流电。（7）光伏系统数据及信息）光伏系统数据及信息储存功能储存功能。（8）光伏系统）光伏系统遥测、遥控、遥信遥测、遥控、遥信等。等。5.2 光伏控制器的基本原理光伏控制器的基本原理5.2.1蓄电池充电控制基本原理蓄电池充电控制基本原理 1.铅酸蓄电池充电特性铅酸蓄电池充电特性铅酸蓄电池充电特性如图铅酸蓄电池充电特性如图5-1曲线所示。蓄电池充电过程有曲线所示。蓄电池充电过程有3个阶段：个阶段：初期初期(OA)，电压快速上升；中期，电压快速上升；中期(AC)，电压缓慢上升，延续较长时，电压缓慢上升，延续较长时间；间；C点为充电末期，点为充电末期，电压开始快速上升，电压开始快速上升，接近接近D点时，点时，标志着蓄电池标志着蓄电池已充满电，应停止充电。已充满电，应停止充电。图图5-1铅酸蓄电池充电特性曲线铅酸蓄电池充电特性曲线5.2 光伏控制器的基本原理光伏控制器的基本原理 2.常规过充电保护原理常规过充电保护原理 依据依据D点的电压为蓄电池已充满标志这一原理，在控制器点的电压为蓄电池已充满标志这一原理，在控制器中设置电压测量和电压比较电路，通过对中设置电压测量和电压比较电路，通过对D点电压值的监点电压值的监测，即可判断蓄电池是否应结束充电。测，即可判断蓄电池是否应结束充电。对于开口式固定型铅酸蓄电池，标准状态（对于开口式固定型铅酸蓄电池，标准状态（25，0.1C充电率）下的充电终止电压（充电率）下的充电终止电压（D点电压）约为点电压）约为2.5V/单体；单体；对于阀控密封式铅酸蓄电池，标准状态（对于阀控密封式铅酸蓄电池，标准状态（25，0.1C充充电率）下的充电终止电压约为电率）下的充电终止电压约为2.35V/单体。单体。在控制器中比较器设置的在控制器中比较器设置的D点电压，称为点电压，称为“门限电压门限电压”或或“电压阈值电压阈值”。蓄电池的充满点一般设定在蓄电池的充满点一般设定在2.452.5V/单单体（固定式铅酸蓄电池）和体（固定式铅酸蓄电池）和2.32.35V/单体（阀控密封式单体（阀控密封式铅酸蓄电池）。铅酸蓄电池）。5.2 光伏控制器的基本原理光伏控制器的基本原理 3.铅酸蓄电池充电温度补偿铅酸蓄电池充电温度补偿 温度补偿目的：保证蓄电池被充满同时又不会发生水的温度补偿目的：保证蓄电池被充满同时又不会发生水的大量分解。大量分解。控制器具有对蓄电池充满门限电压进行自动温度补偿的控制器具有对蓄电池充满门限电压进行自动温度补偿的功能。温度系数一般为单只电池功能。温度系数一般为单只电池(35)mV/(标准条件为标准条件为25)，即当电解液温度（或环境温度）偏离标准条件时，即当电解液温度（或环境温度）偏离标准条件时，每升高每升高1，蓄电池充满门限电压按照每只单体电池向下调，蓄电池充满门限电压按照每只单体电池向下调整整35mV；每下降；每下降1，蓄电池充满门限电压按照每只单，蓄电池充满门限电压按照每只单体电池向上调整体电池向上调整35mV。5.2 光伏控制器的基本原理光伏控制器的基本原理5.2.2 蓄电池过放电保护基本原理蓄电池过放电保护基本原理 1.铅酸蓄电池放电特性铅酸蓄电池放电特性 铅酸蓄电池放电特性如图铅酸蓄电池放电特性如图5-2曲线所示。蓄电池放电过程有曲线所示。蓄电池放电过程有3个阶段：个阶段：开始开始(OE)阶段，电压下降较快；中期阶段，电压下降较快；中期(EG)，电压缓慢下降，延续较长，电压缓慢下降，延续较长时间；放电电压降到时间；放电电压降到G点后，电压急剧下降。点后，电压急剧下降。标志蓄电池已接近放电终标志蓄电池已接近放电终了，应立即停止放电。了，应立即停止放电。图图5-2铅酸蓄电池放电特性曲线铅酸蓄电池放电特性曲线 5.2 光伏控制器的基本原理光伏控制器的基本原理 2.常规过放电保护原理常规过放电保护原理依据依据G点的电压标志放电终了这一原理，在控制器中设置点的电压标志放电终了这一原理，在控制器中设置电压测量和电压比较电路，通过监测出电压测量和电压比较电路，通过监测出G点电压值，即可判点电压值，即可判断蓄电池是否应结束放电。断蓄电池是否应结束放电。对于开口式固定型铅酸蓄电池，标准状态对于开口式固定型铅酸蓄电池，标准状态(25，0.1C放电率放电率)下的放电终止电压下的放电终止电压(G点电压点电压)为为1.751.8V/单体；单体；对于阀控密封式铅酸蓄电池，标准状态对于阀控密封式铅酸蓄电池，标准状态(25，0.1C放放电率电率)下的放电终止电压为下的放电终止电压为1.781.82V/单体。单体。在控制器中比较器设置的在控制器中比较器设置的G点电压，点电压，称为称为“门限电压门限电压”或或“电压阈值电压阈值”。5.2 光伏控制器的基本原理光伏控制器的基本原理 3.蓄电池剩余容量控制法蓄电池剩余容量控制法 蓄电池的使用寿命受其荷电状态影响极大。蓄电池的使用寿命受其荷电状态影响极大。图图5-3蓄电池循环寿命与蓄电池循环寿命与放电深度（放电深度（DOD）的关系）的关系5.2 光伏控制器的基本原理光伏控制器的基本原理 3.蓄电池剩余容量控制法蓄电池剩余容量控制法 剩余容量控制法，指的是蓄电池在使用过程中（处于放剩余容量控制法，指的是蓄电池在使用过程中（处于放电状态时），控制系统随时检测蓄电池的剩余容量电状态时），控制系统随时检测蓄电池的剩余容量(SOC=1 DOD)，并并根根据据蓄蓄电电池池的的荷荷电电状状态态SOC自自动动调调整整负负载的大小载的大小或调整负载的或调整负载的工作时间工作时间，使负载与蓄电池剩余容，使负载与蓄电池剩余容量相匹配，以确保蓄电池剩余容量不低于设定值量相匹配，以确保蓄电池剩余容量不低于设定值(如如50%)，从而保护蓄电池不被过放电。从而保护蓄电池不被过放电。剩剩余余容容量量控控制制法法的的关关键键：准准确确测测量量蓄蓄电电池池的的剩剩余余容容量量。蓄蓄电池剩余容量的电池剩余容量的检测方法：检测方法：电液比重法，适用于开口式铅酸蓄电池电液比重法，适用于开口式铅酸蓄电池；开路电压法，开路电压与开路电压法，开路电压与SOC关系复杂；关系复杂；内阻法，必须测出蓄电池的内阻容量曲线。内阻法，必须测出蓄电池的内阻容量曲线。5.2 光伏控制器的基本原理光伏控制器的基本原理 3.蓄电池剩余容量控制法蓄电池剩余容量控制法 建立蓄电池剩余容量的数学模型控制，通用性好，可在建立蓄电池剩余容量的数学模型控制，通用性好，可在线测量蓄电池的剩余容量，实现对蓄电池放电过程的有效线测量蓄电池的剩余容量，实现对蓄电池放电过程的有效控制。控制。还可以将负载分成不同的等级，控制器根据蓄电池的剩还可以将负载分成不同的等级，控制器根据蓄电池的剩余容量状态调整负载的功率或保证优先用电的负载，也可余容量状态调整负载的功率或保证优先用电的负载，也可以达到同样的目的。以达到同样的目的。蓄电池的剩余蓄电池的剩余容量容量/负载工作时间负载工作时间/h蓄电池的剩余蓄电池的剩余容量容量/负载工作时间负载工作时间/hSOC90%70%SOC90%12850%SOC70%10%SOC50%64表表5-1 太阳能路灯系统在蓄电池不同太阳能路灯系统在蓄电池不同SOC情况下对路灯工作时间的调整情况下对路灯工作时间的调整5.3 蓄电池充、放电技术蓄电池充、放电技术5.3.1 VRLA蓄电池充电器蓄电池充电器1.充电器的性能充电器的性能 恒压恒流分段式充电技术，对恒压恒流分段式充电技术，对VRLA蓄电池进行最优充蓄电池进行最优充电，充电电流的纹波尽可能小，才能延长电，充电电流的纹波尽可能小，才能延长VRLA蓄电池的寿蓄电池的寿命。命。增大充电器的功率：优点是可以满足不同增大充电器的功率：优点是可以满足不同VRLA蓄电池配蓄电池配置调节充电电流的要求，缺点是浪费成本。置调节充电电流的要求，缺点是浪费成本。模块化设计充电器，采用不同数目的模块配置，可实现模块化设计充电器，采用不同数目的模块配置，可实现并联、均流充电，既可节约成本，又可满足不同的光伏发并联、均流充电，既可节约成本，又可满足不同的光伏发电系统控制要求。电系统控制要求。5.3 蓄电池充、放电技术蓄电池充、放电技术 2.均浮充功能均浮充功能 蓄电池在正常使用过程中，会发生端电压、内阻的变化蓄电池在正常使用过程中，会发生端电压、内阻的变化不均衡情况。不均衡情况。均浮充是在一定时间内，提高充电电压，对均浮充是在一定时间内，提高充电电压，对VRLA蓄电池蓄电池单元进行充电，使各单元进行充电，使各VRLA蓄电池单元都达到均衡一致的状蓄电池单元都达到均衡一致的状态，起到活化态，起到活化VRLA蓄电池的目的，从而极大地延长蓄电池的目的，从而极大地延长VRLA蓄电池寿命。蓄电池寿命。均、浮充转换技术是根据对蓄电池充电电流的检测及蓄均、浮充转换技术是根据对蓄电池充电电流的检测及蓄电池容量情况的判断，自动进行蓄电池均、浮充转换。为电池容量情况的判断，自动进行蓄电池均、浮充转换。为此要求配置的充电器具有均、浮充自动转换功能，以提高此要求配置的充电器具有均、浮充自动转换功能，以提高光伏发电系统的可用性。光伏发电系统的可用性。5.3 蓄电池充、放电技术蓄电池充、放电技术 3.保证保证VRLA蓄电池组均匀性蓄电池组均匀性 光伏发电系统要尽可能选用均匀性好的光伏发电系统要尽可能选用均匀性好的VRLA蓄电池组。蓄电池组。此外，在此外，在VRLA蓄电池运行过程中，要根据单体蓄电池运行过程中，要根据单体VRLA蓄电蓄电池电压来判断池电压来判断VRLA蓄电池组的均匀性，及时更换失效的蓄电池组的均匀性，及时更换失效的VRLA蓄电池。蓄电池。5.3 蓄电池充、放电技术蓄电池充、放电技术 4.VRLA蓄电池运行温度蓄电池运行温度图图5-4为为GFM系列蓄电池的放电容量与温度的关系曲线。系列蓄电池的放电容量与温度的关系曲线。图图5-5为为GFM系列蓄电池在不同工作环境温度下的使用寿系列蓄电池在不同工作环境温度下的使用寿命曲线。命曲线。5.3 蓄电池充、放电技术蓄电池充、放电技术5.3.2 VRLA蓄电池充电控制技术蓄电池充电控制技术 蓄电池充电控制技术主要有：蓄电池充电控制技术主要有：1.主充、均充、浮充各阶段的自动转换主充、均充、浮充各阶段的自动转换目前，目前，VRLA蓄电池主要采用主充、均充、浮充三阶段充蓄电池主要采用主充、均充、浮充三阶段充电方法，充电各阶段的自动转换方法有：电方法，充电各阶段的自动转换方法有：（1）时间控制，即预先设定各阶段充电时间，由时间继）时间控制，即预先设定各阶段充电时间，由时间继电器或电器或CPU控制转换时间。简单控制转换时间。简单，控制比较粗略控制比较粗略。（2）设定转换点的充电电流或）设定转换点的充电电流或VRLA蓄电池端电压值，蓄电池端电压值，当实际电流或电压值达到设定值时，即自动转换。当实际电流或电压值达到设定值时，即自动转换。（3）容量控制，采用积分电路在线监测蓄电池的容量容量控制，采用积分电路在线监测蓄电池的容量，当容量达到当容量达到一定值时，则发出控制信号改变充电电流。控一定值时，则发出控制信号改变充电电流。控制电路比较复杂，但控制精度较高。制电路比较复杂，但控制精度较高。5.3 蓄电池充、放电技术蓄电池充、放电技术 2.充电程度判断充电程度判断对蓄电池进行充电时，必须随时判断蓄电池的充电程对蓄电池进行充电时，必须随时判断蓄电池的充电程度，以便控制充电电流的大小。判断充电程度的方法：度，以便控制充电电流的大小。判断充电程度的方法：（1）观察蓄电池去极化后的）观察蓄电池去极化后的端电压变化端电压变化。一般来说，在。一般来说，在充电初始阶段，蓄电池端电压的变化率很小；在充电的中充电初始阶段，蓄电池端电压的变化率很小；在充电的中间阶段，蓄电池端电压的变化率很大；在充电末期，端电间阶段，蓄电池端电压的变化率很大；在充电末期，端电压的变化率极小。尤此，判断蓄电池所处的充电阶段。压的变化率极小。尤此，判断蓄电池所处的充电阶段。（2）检测蓄电池的）检测蓄电池的实际容量值实际容量值，并与其额定容量值进行，并与其额定容量值进行比较，即可判断其充电程度。比较，即可判断其充电程度。（3）检测蓄电池的）检测蓄电池的端电压端电压。当蓄电池端电压与其额定值。当蓄电池端电压与其额定值相差较大时，说明处于充电初期；当两者差值很小时，说相差较大时，说明处于充电初期；当两者差值很小时，说明已接近充满。明已接近充满。5.3 蓄电池充、放电技术蓄电池充、放电技术 3.停充控制停充控制当当VRLA蓄电池充足电后，必须适时切断充电电流停充。蓄电池充足电后，必须适时切断充电电流停充。控制器必须随时监测控制器必须随时监测VRLA蓄电池的充电状况，保证蓄电池蓄电池的充电状况，保证蓄电池充足电而又不过充电。主要的停充控制方法：充足电而又不过充电。主要的停充控制方法：（1）定时控制）定时控制定时控制采用恒流充电法，定时控制采用恒流充电法，VRLA蓄电池所需充电时间可蓄电池所需充电时间可根据根据VRLA蓄电池容量和充电电流的大小来确定，因此只要蓄电池容量和充电电流的大小来确定，因此只要预先设定好充电时间，时间一到，定时器即可发出信号停预先设定好充电时间，时间一到，定时器即可发出信号停充或转为浮充电。定时器可由时间继电器或由微处理器承充或转为浮充电。定时器可由时间继电器或由微处理器承担其功能。这种方法简单，但充电时间不能根据担其功能。这种方法简单，但充电时间不能根据VRLA蓄电蓄电池充电前的状态而自动调整，因此实际充电时，可能会出池充电前的状态而自动调整，因此实际充电时，可能会出现有时欠充、有时过充的现象。现有时欠充、有时过充的现象。5.3 蓄电池充、放电技术蓄电池充、放电技术 （2）VRLA蓄电池温度控制蓄电池温度控制VRLA蓄电池温度在正常充电时变化并不明显，但是，当蓄电池温度在正常充电时变化并不明显，但是，当VRLA蓄电池过充时，其内部气体压力将迅速增大，负极板蓄电池过充时，其内部气体压力将迅速增大，负极板上氧化反应使内部发热，温度迅速上升（每分钟可升高几上氧化反应使内部发热，温度迅速上升（每分钟可升高几摄氏度）。因此，观察摄氏度）。因此，观察VRLA蓄电池温度的变化，即可判断蓄电池温度的变化，即可判断VRLA蓄电池是否已经充满。通常采用两只热敏电阻分别检蓄电池是否已经充满。通常采用两只热敏电阻分别检测测VRLA蓄电池温度和环境温度，当两者温差达到一定值蓄电池温度和环境温度，当两者温差达到一定值时，即发出停充信号或转为浮充电。由于热敏电阻动态响时，即发出停充信号或转为浮充电。由于热敏电阻动态响应速度较慢，故不能及时、准确地检测到应速度较慢，故不能及时、准确地检测到VRLA蓄电池的满蓄电池的满充状态。充状态。5.3 蓄电池充、放电技术蓄电池充、放电技术 （3）VRLA蓄电池端电压负增量控制蓄电池端电压负增量控制 VRLA蓄电池充足电后，其端电压将呈现下降趋势，据此蓄电池充足电后，其端电压将呈现下降趋势，据此可将可将VRLA蓄电池电压出现负增长的时刻作为停充时刻。与蓄电池电压出现负增长的时刻作为停充时刻。与温度控制法相比，这种方法响应速度快，此外，电压的负温度控制法相比，这种方法响应速度快，此外，电压的负增量与电压的绝对值无关，因此这种停充控制方法可适应增量与电压的绝对值无关，因此这种停充控制方法可适应于具有不同单格于具有不同单格VRLA蓄电池数的蓄电池数的VRLA蓄电池组。此方法蓄电池组。此方法的缺点是一般的检测器灵敏度和可靠性不高，同时，当环的缺点是一般的检测器灵敏度和可靠性不高，同时，当环境温度较高时，境温度较高时，VRLA蓄电池充足电后电压的减小并不明蓄电池充足电后电压的减小并不明显，因而难以控制。显，因而难以控制。5.3 蓄电池充、放电技术蓄电池充、放电技术 （4）极化电压控制）极化电压控制 通常情况下通常情况下VRLA蓄电池的极化电压出现在蓄电池刚好充蓄电池的极化电压出现在蓄电池刚好充满后，一般在满后，一般在50100mV数量级，测量每个单格数量级，测量每个单格VRLA蓄电蓄电池的极化电压，对充电过程进行控制，可使每个池的极化电压，对充电过程进行控制，可使每个VRLA蓄电蓄电池都充电到它本身所要求的程度。优点表现在：池都充电到它本身所要求的程度。优点表现在：不需温度补偿；不需温度补偿；蓄电池不需连续浮充电，蓄电池间连线腐蚀减少；蓄电池不需连续浮充电，蓄电池间连线腐蚀减少；不同型号和使用情况不同的蓄电池可构成一组使用；不同型号和使用情况不同的蓄电池可构成一组使用；可以随意添加可以随意添加VRLA蓄电池以便扩容；蓄电池以便扩容；可使可使VRLA蓄电池的使用寿命接近或达到设计寿命。蓄电池的使用寿命接近或达到设计寿命。5.3 蓄电池充、放电技术蓄电池充、放电技术 VRLA蓄电池充电技术的改进，有利于缩短充电时间、提蓄电池充电技术的改进，有利于缩短充电时间、提高利用效率、延长使用寿命、降低能耗、减少环境污染，高利用效率、延长使用寿命、降低能耗、减少环境污染，具有良好的经济效益和社会效益。具有良好的经济效益和社会效益。脉冲充电、脉冲放电去极化充电法是一种较好的快速充脉冲充电、脉冲放电去极化充电法是一种较好的快速充电方法，实现这一方法的最佳装置是高频开关充电电源。电方法，实现这一方法的最佳装置是高频开关充电电源。VRLA蓄电池充放电的时间、速度、程度等都会对蓄电池充放电的时间、速度、程度等都会对VRLA蓄电池的充电效率和使用寿命产生严重影响，因此在对蓄电池的充电效率和使用寿命产生严重影响，因此在对VRLA蓄电池进行充、放电时，必须遵循以下原则：蓄电池进行充、放电时，必须遵循以下原则：避免避免VRLA蓄电池充电过量或充电不足；蓄电池充电过量或充电不足；控制放电电流值；控制放电电流值；避免深度放电；避免深度放电；注意环境温度的影响。注意环境温度的影响。5.3 蓄电池充、放电技术蓄电池充、放电技术5.3.3 VRLA蓄电池温度补偿技术蓄电池温度补偿技术 1.影响影响VRLA蓄电池容量的两个重要因素蓄电池容量的两个重要因素（1）温度）温度 环境温度的升高，虽使容量有所增加，但高温又使环境温度的升高，虽使容量有所增加，但高温又使VRLA蓄电池板栅腐蚀剧增，严重地阻碍着电极反应，降低了容蓄电池板栅腐蚀剧增，严重地阻碍着电极反应，降低了容量的增加。量的增加。（2）浮充电压）浮充电压 VRLA蓄电池浮充电压过高或充电电流过大，会使正极的蓄电池浮充电压过高或充电电流过大，会使正极的析氧量增加，析氧量增加，VRLA蓄电池内部压力升高。在形成气泡的过蓄电池内部压力升高。在形成气泡的过程中，气压强烈冲击程中，气压强烈冲击PbO2，使活性物质与板栅结合力变，使活性物质与板栅结合力变坏，甚至脱落。坏，甚至脱落。温度和浮充电压的变化都温度和浮充电压的变化都给给VRLA蓄电池带来严重危害。蓄电池带来严重危害。5.3 蓄电池充、放电技术蓄电池充、放电技术 开发和完善蓄电池的温度补偿技术：开发和完善蓄电池的温度补偿技术：VRLA蓄电池必须与蓄电池必须与具有温度补偿功能的智能开关式充电电源配套使用，以提具有温度补偿功能的智能开关式充电电源配套使用，以提高高VRLA蓄电池的可靠运行水平。蓄电池的可靠运行水平。当采用当采用VRLA蓄电池温度补偿功能后，浮充电压和均衡电蓄电池温度补偿功能后，浮充电压和均衡电压都按照以下方程式进行修正：压都按照以下方程式进行修正：Utc=Un Tc N(T 20)(5-1)式中，式中，Utc为经温度补偿后的电压；为经温度补偿后的电压；Un为未经补偿的电压；为未经补偿的电压；Tc为设置的温度补偿系数（单位为用为设置的温度补偿系数（单位为用mV/）；）；N为每组为每组VRLA蓄电池的数值，对于蓄电池的数值，对于48V系统系统N为为24，24V系统系统N为为12；T为温度传感器指示的温度为温度传感器指示的温度(单位为单位为)。5.3 蓄电池充、放电技术蓄电池充、放电技术 2.VRLA蓄电池充电管理方法蓄电池充电管理方法 由于不同公司生产的由于不同公司生产的VRLA蓄电池充电特性、温度补偿蓄电池充电特性、温度补偿系数值不同，因此，在充电器的设计上要求也有所不同：系数值不同，因此，在充电器的设计上要求也有所不同：在充电器的在充电器的EEPROM中，存储了常用厂家中，存储了常用厂家VRLA蓄电池品蓄电池品牌的均充电压、浮充电压、最大充电电流值和温度补偿系牌的均充电压、浮充电压、最大充电电流值和温度补偿系数等数据，以便调整使用。如果环境温度变化较大，需用数等数据，以便调整使用。如果环境温度变化较大，需用温度补偿系数进行补偿温度补偿系数进行补偿(3mV/)，以调整充电电压值。，以调整充电电压值。不不同环境温度的浮充电压值见表同环境温度的浮充电压值见表5-2。环境温度环境温度/3530252015105单体蓄电池电单体蓄电池电压压/V2.212.232.252.262.282.302.32表表5-2 不同环境温度的浮充电压值不同环境温度的浮充电压值 5.4 光伏控制器的电路原理光伏控制器的电路原理 5.4.1光伏控制器的分类光伏控制器的分类 光伏控制器按光伏控制器按电路方式电路方式的不同分为并联型、串联型、脉的不同分为并联型、串联型、脉宽调制型、多路控制型、两阶段双电压控制型和最大功率宽调制型、多路控制型、两阶段双电压控制型和最大功率跟踪型；按电池组件输入跟踪型；按电池组件输入功率功率和负载功率的不同可分为小和负载功率的不同可分为小功率型、中功率型、大功率型及专用控制器（如草坪灯控功率型、中功率型、大功率型及专用控制器（如草坪灯控制器）等；按制器）等；按放电过程放电过程控制方式的不同，可分为常规过放控制方式的不同，可分为常规过放电控制型和剩余电量（电控制型和剩余电量（SOC）放电全过程控制型。对于应）放电全过程控制型。对于应附带有自动数据采集、数据显示和远程通信功能的控制附带有自动数据采集、数据显示和远程通信功能的控制器，称之为器，称之为智能控制器智能控制器。5.4 光伏控制器的电路原理光伏控制器的电路原理 5.4.2光伏控制器的电路原理光伏控制器的电路原理 光伏控制器通过检测蓄电池在充放电过程中的电压或荷光伏控制器通过检测蓄电池在充放电过程中的电压或荷电状态，判断蓄电池是否已经达到过充电点或过放电点，电状态，判断蓄电池是否已经达到过充电点或过放电点，并根据检测结果发出继续充、放电或终止充、放电的指并根据检测结果发出继续充、放电或终止充、放电的指令，实现控制作用。令，实现控制作用。5.4 光伏控制器的电路原理光伏控制器的电路原理 1.光伏控制器的基本电路光伏控制器的基本电路 原理框图原理框图如如图图5-6所示。主要所示。主要由太阳能电池组件、控制电由太阳能电池组件、控制电路及控制开关、蓄电池和负载组成。路及控制开关、蓄电池和负载组成。图图5-6 光伏控制器基本电路框图光伏控制器基本电路框图5.4 光伏控制器的电路原理光伏控制器的电路原理 2.并联型控制器电路原理并联型控制器电路原理图图5-7是单路并联型充放电控制器电路原理图。是单路并联型充放电控制器电路原理图。VD1是防是防反充电二极管，反充电二极管，VD2是防反接二极管，是防反接二极管，T1和和T2都是开关：都是开关：T1是控制器充电回路中的开关；是控制器充电回路中的开关；T2为蓄电池放电开关；为蓄电池放电开关；Bx是保险丝是保险丝；R是泄荷负载是泄荷负载。图图5-7 单路并联型充放电控制器电路原理图单路并联型充放电控制器电路原理图5.4 光伏控制器的电路原理光伏控制器的电路原理 3.串联型控制器电路原理串联型控制器电路原理 单路串联型充放电原理如图单路串联型充放电原理如图5-8所示。所示。串联型控制器串联型控制器T1是串联在充电回路中。当蓄电池电压大是串联在充电回路中。当蓄电池电压大于充满切断电压时，断开，太阳电池不会对蓄电池充电，于充满切断电压时，断开，太阳电池不会对蓄电池充电，起到过充电保护作用。起到过充电保护作用。图图5-8 单路串联型控制器电路原理图单路串联型控制器电路原理图5.4 光伏控制器的电路原理光伏控制器的电路原理 检测控制电路图：检测控制电路图：对蓄电池的电压随时进行取样检测，并根据检测结果利对蓄电池的电压随时进行取样检测，并根据检测结果利用带回差控制的运算放大器与充电、过放基准电压比较，用带回差控制的运算放大器与充电、过放基准电压比较，向过充电、过放电开关器件发出接通或关断的控制信号。向过充电、过放电开关器件发出接通或关断的控制信号。图图5-9 单路串联型控制器电路原理图单路串联型控制器电路原理图5.4 光伏控制器的电路原理光伏控制器的电路原理 4.PWM控制器电路原理控制器电路原理 以脉冲方式开关光伏组件的输入，当蓄电池逐渐趋向充以脉冲方式开关光伏组件的输入，当蓄电池逐渐趋向充满时，随着其端电压的逐渐升高，满时，随着其端电压的逐渐升高，PWM电路输出脉冲的频电路输出脉冲的频率和时间都发生变化，使开关器件的导通时间延长、间隔率和时间都发生变化，使开关器件的导通时间延长、间隔缩短，充电电流逐渐趋近于零。缩短，充电电流逐渐趋近于零。图图5-10 脉宽调制型脉宽调制型(PWM)控制器电路原理图控制器电路原理图 5.4 光伏控制器的电路原理光伏控制器的电路原理 5.多路控制器电路原理多路控制器电路原理 多路控制器一般用于多路控制器一般用于kW级以上的大功率光伏发电系统，级以上的大功率光伏发电系统，将太阳能电池方阵分成多个支路接入控制器按顺序控制。将太阳能电池方阵分成多个支路接入控制器按顺序控制。图图5-11 多路控制器的电路原理图多路控制器的电路原理图5.4 光伏控制器的电路原理光伏控制器的电路原理 6.智能控制器电路原理智能控制器电路原理 智能型控制器采用智能型控制器采用CPU或或MCU等微处理器对太阳能光伏等微处理器对太阳能光伏发电系统的运行参数进行高速实时采集，并按照一定的控发电系统的运行参数进行高速实时采集，并按照一定的控制规律由单片机内设计的程序对单路或多路光伏组件进行制规律由单片机内设计的程序对单路或多路光伏组件进行切断与接通的智能控制切断与接通的智能控制。图图5-12 智能型控制器电路原理图智能型控制器电路原理图5.4 光伏控制器的电路原理光伏控制器的电路原理 7.最大功率点跟踪型控制器最大功率点跟踪型控制器 太阳能电池方阵的最大功率点会随着太阳太阳能电池方阵的最大功率点会随着太阳辐照度辐照度和和温度温度的变化而变化，而太阳能电池方阵的工作点也会随着的变化而变化，而太阳能电池方阵的工作点也会随着负载负载电压的变化而变化，如图电压的变化而变化，如图5-13所示所示图图5-13最大功率跟踪控制最大功率跟踪控制5.4 光伏控制器的电路原理光伏控制器的电路原理 最大功率点跟踪型控制器的最大功率点跟踪型控制器的原理原理是将太阳能电池方阵的是将太阳能电池方阵的电压和电流检测后相乘得到的功率，判断太阳能电池方阵电压和电流检测后相乘得到的功率，判断太阳能电池方阵此时的输出功率是否达到最大，若不在最大功率点运行，此时的输出功率是否达到最大，若不在最大功率点运行，则调整脉冲宽度、调制输出占空比、改变充电电流，再次则调整脉冲宽度、调制输出占空比、改变充电电流，再次进行实时采样，并做出是否改变占空比的判断。进行实时采样，并做出是否改变占空比的判断。最大功率跟踪型控制器的最大功率跟踪型控制器的作用作用：通过直流变换电路和寻：通过直流变换电路和寻优跟踪控制程序，无论太阳辐照度、温度和负载特性如何优跟踪控制程序，无论太阳辐照度、温度和负载特性如何变化，始终使太阳能电池方阵工作在最大功率点附近，充变化，始终使太阳能电池方阵工作在最大功率点附近，充分发挥太阳能电池方阵的效能，这种方法被称为分发挥太阳能电池方阵的效能，这种方法被称为“最大功最大功率点跟踪率点跟踪”，即即MPPT(Maximum Power Point Tracking)。同时，采用同时，采用PWM调制方式，使充电电流成为脉冲电流，以调制方式，使充电电流成为脉冲电流，以减少蓄电池的极化，提高充电效率。减少蓄电池的极化，提高充电效率。5.4 光伏控制器的电路原理光伏控制器的电路原理 从图从图5-13所示太阳能电池阵列的所示太阳能电池阵列的P-U曲线可以看出，曲线曲线可以看出，曲线以最大功率点处为界，分为左右两侧。当太阳能电池工作以最大功率点处为界，分为左右两侧。当太阳能电池工作在最大功率点电压右边的在最大功率点电压右边的D点时，因离最大功率点较远，可点时，因离最大功率点较远，可以将电压值调小，即功率增加；当太阳能电池工作在最大以将电压值调小，即功率增加；当太阳能电池工作在最大功率点电压左边时，若电压值较小，为了获得最大功率，功率点电压左边时，若电压值较小，为了获得最大功率，可以将电压值调大。可以将电压值调大。5.4 光伏控制器的电路原理光伏控制器的电路原理 太阳能电池组件的太阳能电池组件的光电流光电流与与辐照度辐照度（1001000W/m2）成成正比正比；在温度固定的条件下，当辐照度在；在温度固定的条件下，当辐照度在4001000 W/m2范围内变化，太阳能电池组件的范围内变化，太阳能电池组件的开路电压开路电压基本保持基本保持恒恒定定。因此，太阳能电池组件的。因此，太阳能电池组件的功率功率与与辐照度辐照度也基本成也基本成正正比比，如图，如图5-14所示。所示。图图5-14 辐照度对光电流、光辐照度对光电流、光电压和组件峰值功率的影响电压和组件峰值功率的影响5.4 光伏控制器的电路原理光伏控制器的电路原理 恒压控制法（恒压控制法（CVT）从图从图5-14可知，太阳能电池组件的最大功率点随太阳辐可知，太阳能电池组件的最大功率点随太阳辐照度的变化呈现一条垂直线，即保持在同一电压水平上。照度的变化呈现一条垂直线，即保持在同一电压水平上。因此，可以采用恒压控制因此，可以采用恒压控制(Constant Voltage Tracking，CVT)来代替最大功率点跟踪来代替最大功率点跟踪(MPPT)，这种方办法只需要，这种方办法只需要保证太阳能电池方阵的恒压输出即可，大大简化了控制系保证太阳能电池方阵的恒压输出即可，大大简化了控制系统，适合大多数光伏发电系统。统，适合大多数光伏发电系统。环境温度变化较大的场合误差较大。环境温度变化较大的场合误差较大。太阳能电池组件最太阳能电池组件最大功率点随温度变化较大。大功率点随温度变化较大。5.4 光伏控制器的电路原理光伏控制器的电路原理 改进恒压控制法改进恒压控制法 太阳能电池组件最大功率点随温度变化（图太阳能电池组件最大功率点随温度变化（图5-15）。）。改进改进CVT法，即仍然采用恒压控制，但增加温度补偿。法，即仍然采用恒压控制，但增加温度补偿。在恒压控制的同时监视太阳能电池组件的结温，对于不同在恒压控制的同时监视太阳能电池组件的结温，对于不同的结温，调整到相应的恒压控制点即可。的结温，调整到相应的恒压控制点即可。图图5-15 温度对太阳能电池温度对太阳能电池组件最大功率点电压的影响组件最大功率点电压的影响5.4 光伏控制器的电路原理光伏控制器的电路原理 太阳能电池作为一种直流电源，与负载的匹配有三种类太阳能电池作为一种直流电源，与负载的匹配有三种类型：型：电压接受型负载是电压接受型负载是蓄电池蓄电池，它是与太阳能电池方阵直，它是与太阳能电池方阵直接匹配最好的负载类型。太阳能电池电压随温度的变化大接匹配最好的负载类型。太阳能电池电压随温度的变化大约只有约只有0.4%/（电压随太阳辐照度的变化就更小），基本（电压随太阳辐照度的变化就更小），基本可以满足蓄电池的充电要求。蓄电池充满电压到放电终止可以满足蓄电池的充电要求。蓄电池充满电压到放电终止电压的变化大约从电压的变化大约从 25%到到 10%，如果直接连接，失配损，如果直接连接，失配损失大约平均为失大约平均为20%。采用。采用MPPT跟踪控制，将使这样的匹跟踪控制，将使这样的匹配损失减少到配损失减少到5%。5.4 光伏控制器的电路原理光伏控制器的电路原理 典型的电流接受型负载是带有恒定转矩的典型的电流接受型负载是带有恒定转矩的机械负载机械负载（如活塞泵）的直流永