[发明专利]小功率独立光伏发电系统的充电控制方法

说明书

技术领域

本发明属于光伏发电领域，涉及一种小功率独立光伏发电系统的充电控制方法。

技术背景

太阳能是一种清洁的可再生能源，容易获得的能源资源。太阳能电池可以直接将太阳能转换为电能，不会对环境产生任何污染。近些年随着光伏发电技术的飞速发展，结合我国的基本国情，独立光伏发电系统的应用日益扩大，由于太阳能的安全、节能、方便、环保等优点，应用日具规模。

独立光伏发电系统由光伏电池阵列、控制器、铅酸蓄电池以及负载组成。控制器是独立光伏发电系统中的控制核心，而控制器的核心则是其充电控制策略。由于光伏电池阵列的输出呈现非线性，同时铅酸蓄电池的充电特性曲线也呈非线性，而且光伏电池阵列的输出功率有限，因此采用常规的控制方法具有一定的局限性。

就小功率独立光伏发电系统而言，为了提高系统的效率通常是让光伏电池阵列发挥最大的作用，采用的方法是通过最大功率跟踪算法(MPPT)使光伏电池阵列以最大功率输出。目前比较成熟的MPPT主要有恒电压跟踪方法、功率扰动法、电导增量法以及各种改进型的电导增量法等，其中恒电压跟踪方法是以电压值作为参考值进行控制，使光伏电池大致保持在最大功率点附近；功率扰动方法是逐步对光伏电池的工作电压进行调节，比较其功率输出以获得最大功率输出；电导增量法则是根据光伏电池的输出功率对工作电压的导数，根据导数的值对工作电压进行调节获得其最大功率输出。但是这些方法都具有一定的局限性，恒电压跟踪方法其实不能准确获得最大功率输出，因为不同的天气状况光伏电池阵列的最大功率点所对应的工作电压不是相等的；功率扰动法虽然比较简单，容易操作，但是它不能正确处理天气突然变化的情况，很容易出现误判，导致系统能量损失；电导增量法虽然应对天气变化的快速性比较好，能够准确使光伏电池阵列获得最大功率输出，但是系统对传感器的灵敏度要求比较高，造成硬件成本过高，因此也不太适合独立光伏发电系统。

在独立光伏发电系统中，光伏电池阵列最主要的作用是将太阳光转化为电能，铅酸蓄电池的最主要的作用是将光伏电池阵列转换得到的电能储存下来，因此提高系统的效率可以从光伏电池阵列和铅酸蓄电池两方面考虑。但是现在在已应用的小功率独立光伏发电系统中，没有分析真正影响系统效率的原因，仅仅单方面从光伏电池阵列输出功率的角度去考虑系统效率，没有很好对光伏电池阵列与铅酸蓄电池的工作状态进行匹配，因此其充电控制策略具有一定的局限性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种小功率独立光伏发电系统的充电控制方法，该控制方法能有效提高充电效率。

本发明的技术解决方案如下：

一种小功率独立光伏发电系统的充电控制方法，DC-DC变换器的输入端接光伏电池阵列，输出端接铅酸蓄电池，微处理单元发出PWM脉冲到DC-DC变换器的控制端，微处理单元实时检测光伏电池阵列以及铅酸蓄电池的端电压和电流，铅酸蓄电池通过受微处理单元控制的放电控制电路给负载供电；其特征在于：所述的小功率独立光伏发电系统的充电控制方法具体包括以下步骤：

步骤1：初始化：将匹配标志位设置为零；

步骤2：设定PWM的占空比a＝0.5，步长Δα；

步骤3：检测光伏电池阵列的输出电压U_s、铅酸蓄电池的端电压U_i；

步骤4：判断U_s＞U_b是否成立，如果不成立，则等待10秒后跳至步骤3；

步骤5：判断U_l≤U_b＜U_m是否成立，其中U_l为铅酸蓄电池的过放电钳位电压，U_m为铅酸蓄电池的过充电钳位电压，如果不成立，则跳至步骤20；

步骤6：检测光伏电池阵列的输出电流I_i+1；

步骤7：判断|I_i+1-I_i|＞ΔI，I_i为上一次光伏电池阵列的输出电流，电流采集的时间间隔为10秒，ΔI为电流变换误差，如果不成立，则跳至步骤10；

步骤8：令匹配标志位为零；

步骤9：停止充电，即令PWM的占空比为0，释放放电脉冲触发铅酸蓄电池的自放电电路实现铅酸蓄电池的自放电；

步骤10：判断匹配标志位是否为1，如果成立，则跳至步骤19；