智能電網(wǎng)下的清潔能源聯(lián)合供電系統(tǒng)

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摘要：分析面向智能電網(wǎng)的清潔能源聯(lián)合供電系統(tǒng)中的DC/DC變換器、整流器、逆變器的硬件設(shè)計(jì)。闡述蓄電池組管理、監(jiān)控切換模塊、充放電的設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng)，清潔能源，聯(lián)合供電系統(tǒng)，蓄電池組

引言

清潔能源屬于當(dāng)前新能源利用的主要方向，當(dāng)前面向智能電網(wǎng)的清潔能源聯(lián)合供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，需要重視蓄電池管理等問(wèn)題，避免出現(xiàn)供電效率不足的問(wèn)題，完善系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在軟件和硬件部分，都需要采取改進(jìn)措施，通過(guò)利用面向智能電網(wǎng)的清潔能源聯(lián)合供電系統(tǒng)，能夠顯著提升供電效率，降低蓄電池的故障率，供電性能突出。

1面向智能電網(wǎng)的清潔能源聯(lián)合供電系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1DC/DC變換器的設(shè)計(jì)

當(dāng)前負(fù)載使用的電能屬于220V的交流電，因此相應(yīng)逆變器的輸入電壓屬于高于310V的直流電能，利用這種方式可以保障逆變器輸入電能屬于220V的交流電。在系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中，保障太陽(yáng)能電池板的最大工作電壓高于37.4V，需要采取必要措施把電壓轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄬?duì)穩(wěn)定的310V直流電壓，可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。DC/DC變換電路中包括隔離性DC/DC變換電路、多象限直接DC/DC變換電路以及單象限直接DC/DC變換電路等等，構(gòu)成完整的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。直流斬波電路的另一個(gè)名字就是單象限直接DC/DC變換電路，包括升降壓斬波電路、升壓斬波電路以及降壓斬波電路，降壓斬波電路和升壓斬波電路的實(shí)際效率比較高。在本設(shè)計(jì)中，主要針對(duì)太陽(yáng)能電池板控制電路進(jìn)行優(yōu)化，利用升壓斬波電路來(lái)完善系統(tǒng)。蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，主要使用降壓斬波電路，能夠發(fā)揮良好效果。

1.2整流器的設(shè)計(jì)

使用二極管的單向?qū)ㄐ赃M(jìn)行設(shè)計(jì)，橋式整流器中使用了這種設(shè)計(jì)方法。這種設(shè)備可以把交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?，主要使用絕緣材料進(jìn)行封裝。利用大功率的橋式整流器過(guò)程中，可以采用金屬殼包封，顯著提升散熱能力。橋式整流器有著多種類型，性能較強(qiáng)，而且穩(wěn)定性突出，有著較高的整流器效率，整流電流介于0.5～50A之間，整流最高反向電壓的峰值電壓介于50～1000V。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，需要使用橋式整流器，可以利用設(shè)備把內(nèi)燃機(jī)發(fā)電系統(tǒng)帶來(lái)的交流電進(jìn)行轉(zhuǎn)化，進(jìn)而獲得直流電，可以連接直流母線，而后使用逆變器進(jìn)行供電。這種方式包括：（1）可以利用內(nèi)燃機(jī)的發(fā)電系統(tǒng)充電，搭配蓄電池提升可靠性。（2）利用系統(tǒng)中的正弦波逆變器，能夠有效控制內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)輸出，讓輸出電流符合標(biāo)準(zhǔn)正弦波電壓。

1.3逆變器的設(shè)計(jì)

逆變器可以把直流電能包括蓄電瓶和蓄電池發(fā)出的電能，轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟娔?，主要組成部分包括濾波電路、控制邏輯和逆變橋等等。結(jié)合當(dāng)前面向智能電網(wǎng)清潔能源聯(lián)合供電系統(tǒng)的需求，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，可以利用逆變器來(lái)轉(zhuǎn)化直流母線輸出的電流，進(jìn)而獲得交流電壓，而后可以利用。主要利用電壓源輸入電壓源輸出的模式，能夠避免故障問(wèn)題。當(dāng)前的逆變器技術(shù)包括以下幾種：（1）在升壓之后逆變。（2）直接進(jìn)行逆變輸出。（3）利用高頻電壓器隔離，也就是首先逆變升壓，而后經(jīng)過(guò)整流再次逆變輸出。第一種逆變器主要使用單BOOST升壓電路，后級(jí)屬于全橋逆變結(jié)構(gòu)，這種逆變電路有著成本低、質(zhì)量輕、體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。系統(tǒng)中的逆變器核心屬于單片機(jī)，主電路包括濾波器、H橋逆變電路和驅(qū)動(dòng)電路。這部分可以把直流母線的直流電壓進(jìn)行處理，而后利用濾波器濾除諧波，而后可以輸出合格的交流電壓。驅(qū)動(dòng)電路也是核心部件，系統(tǒng)中采用電壓型驅(qū)動(dòng)電路，有著最優(yōu)化的驅(qū)動(dòng)特性和快速的保護(hù)特性。逆變器驅(qū)動(dòng)電路中集成了故障狀態(tài)反饋電路，也包括檢測(cè)電路和集電極發(fā)射極電壓欠飽和監(jiān)控電路。

2蓄電池組的監(jiān)控系統(tǒng)與充放電設(shè)計(jì)

2.1蓄電池組管理的設(shè)計(jì)

在面向智能電網(wǎng)的清潔能源聯(lián)合供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，蓄電池的管理和選擇屬于關(guān)鍵問(wèn)題。鉛酸蓄電池有著價(jià)格低、可靠、穩(wěn)定、使用時(shí)間長(zhǎng)和噪音低、污染小的特點(diǎn)，屬于當(dāng)前太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)中的主要儲(chǔ)能裝置?？梢岳孟到y(tǒng)對(duì)于總電量和電壓的要求，利用并聯(lián)和串聯(lián)的方式構(gòu)成蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。系統(tǒng)的直流電壓比較高，而且總電量比較大，需要連接較多的蓄電池。需要利用有效的電池管理系統(tǒng)來(lái)降低電池的實(shí)際損耗，縮減蓄電池組的實(shí)際維護(hù)成本，提升蓄電池的實(shí)際使用壽命以及使用效率。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，需要完善電池組管理系統(tǒng)，包括監(jiān)控切換模塊、總控制本模塊以及充放電模塊。對(duì)于監(jiān)控切換模塊來(lái)說(shuō)，包括開關(guān)切換單元以及檢測(cè)單元。充放電模塊、監(jiān)控切換模塊和總控制模塊之間需要利用總線控制進(jìn)行通信控制。檢測(cè)單元需要監(jiān)控蓄電池的實(shí)際工作情況，并且利用總線把檢測(cè)結(jié)果傳送給總控制模塊?？偪刂颇K需要分析相關(guān)數(shù)據(jù)，結(jié)合具體情況控制充放電模塊和切換單元。開關(guān)切換單元可以實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池的單獨(dú)控制，可以有效調(diào)控。充放電模塊則符合對(duì)蓄電池充放電進(jìn)行控制。

2.2蓄電池組監(jiān)控切換模塊的設(shè)計(jì)

針對(duì)蓄電池檢測(cè)單元采用合理設(shè)計(jì)方法。在端電壓檢測(cè)方面，主要使用A/D轉(zhuǎn)換器、濕度傳感器和橋電容，主要功能是采集蓄電池的溫度、工作電流和端電壓。在工作電流檢測(cè)方面，主要使用分流器來(lái)檢測(cè)實(shí)際工作電流，因?yàn)閮r(jià)格便宜、測(cè)量電路簡(jiǎn)單并且溫度影響比較小，所以在當(dāng)前的儀表測(cè)量中獲得廣泛應(yīng)用，包括精密合金電阻器、固定式定制分流器等等，可以在自動(dòng)化控制、電子整機(jī)、通信系統(tǒng)中進(jìn)行應(yīng)用，發(fā)揮電流檢測(cè)和限流的功能。在溫度檢測(cè)方面，采用改進(jìn)型智能溫度傳感器，可以及時(shí)監(jiān)控面向智能電網(wǎng)的清潔能源聯(lián)合供電系統(tǒng)溫度。

2.3蓄電池組充放電的設(shè)計(jì)

在蓄電池剩余容量估計(jì)方面，應(yīng)首先明確荷電狀態(tài)概念，了解蓄電池的整體供電能力?？梢詰{借當(dāng)前的負(fù)載條件，了解供電能力。一般來(lái)說(shuō)，在一定的溫度條件下進(jìn)行充電，如果蓄電池不再吸收能量，那么SOC等于100%，如果蓄電池已經(jīng)不能放電，那么能量狀態(tài)是SOC為0%。針對(duì)生育容量估計(jì)方法，主要包含測(cè)量?jī)?nèi)阻法；組合方法；電壓法等等。蓄電池的端電壓和剩余容量有著密切關(guān)系。一般來(lái)說(shuō)都是通過(guò)測(cè)量端電壓的方式來(lái)了解實(shí)際容量。如果端電壓顯著降低，那么證明蓄電池的容量降低，在設(shè)計(jì)中可以利用這種方式。在蓄電池充放電控制軟件設(shè)計(jì)方面，本設(shè)計(jì)中考慮了蓄電池組的壽命和使用效率，采取三階段充電的策略，可以避免恒壓充電或者恒流充電對(duì)于蓄電池組性能的實(shí)際影響。蓄電池充放電包括三個(gè)階段[1]。（1）第一個(gè)階段，恒流充電階段。利用恒定電流進(jìn)行充電，在充電過(guò)程中蓄電池電壓持續(xù)提升，蓄電池電壓也在提升。（2）第二階段，恒壓充電階段[2]。蓄電池的充電電流持續(xù)降低，采用恒壓充電方式。（3）第三階段，浮充階段。利用恒定電流進(jìn)行充電，結(jié)合電池溫度進(jìn)行補(bǔ)償。如果蓄電池的標(biāo)準(zhǔn)工作溫度是25℃，那么環(huán)境溫度每升高1℃，都需要合理降低充電電壓，如果環(huán)境溫度降低，那么需要合理提升浮充電壓的數(shù)值[3]。蓄電池管理系統(tǒng)的軟件包括蓄電池充放電模塊、蓄電池循環(huán)調(diào)度、總控制模塊的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)啟動(dòng)之后，接著執(zhí)行系統(tǒng)初始化程序，檢測(cè)蓄電池組的實(shí)際狀態(tài)，利用串口通信的方式把檢測(cè)結(jié)果發(fā)送到PC端，而后可以觀察到電池的工作情況[4]。利用電池循環(huán)調(diào)度軟件，能夠合理控制蓄電池組的工作運(yùn)行，及時(shí)更換不符合標(biāo)準(zhǔn)的蓄電池。

3結(jié)語(yǔ)

新能源的利用中，清潔能源屬于人們比較關(guān)注的能源種類，在利用清潔能源進(jìn)行聯(lián)合供電時(shí)仍存在較多需要改進(jìn)的地方。本研究針對(duì)面向智能電網(wǎng)的清潔能源聯(lián)合供電系統(tǒng)進(jìn)行深度研究和分析，探索了有效設(shè)計(jì)思路。如果可以整合燃料、光、風(fēng)等清潔能源，可以有效提升聯(lián)合供電系統(tǒng)性能，具有系統(tǒng)穩(wěn)定性較強(qiáng)和用電負(fù)荷低的優(yōu)點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

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[2]曾升伍,向超,劉波.太陽(yáng)能供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析[J].中國(guó)新通信,2020,22(03):157.

[3]張麗麗.自由流ETC門架可靠供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析[J].中國(guó)交通信息化,2020(01):129-131.

[4]田普濤,徐曉偉.蓄電池供電系統(tǒng)的過(guò)壓欠壓保護(hù)電路設(shè)計(jì)[J].電子世界,2020(01):147-148.

作者：閆立軍 單位：一汽輕型商用汽車有限公司