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基本信息
- 項目名稱：
- 微網(wǎng)逆變器系統(tǒng)中蓄電池控制策略的研究
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 著眼于中國可再生能源的發(fā)展，微電網(wǎng)的特點適應(yīng)于中國電力發(fā)展的需求與方向。蓄電池儲能裝置是微網(wǎng)系統(tǒng)中能量平衡的核心模塊之一，蓄電池控制策略的研究對微電網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)展具有一定的推動作用。本作品適用于含蓄電池裝置的微網(wǎng)系統(tǒng)。通過大量的試驗數(shù)據(jù)建立適合本系統(tǒng)的蓄電池數(shù)學(xué)模型和充電方法，且在分析傳統(tǒng)SOC估算方法的基礎(chǔ)上提煉出一種較高精度的SOC估算算法，為蓄電池工作模式的確定和系統(tǒng)其他環(huán)節(jié)間的通信提供依據(jù)。
- 詳細(xì)介紹：
- 蓄電池儲能裝置是微網(wǎng)系統(tǒng)中能量平衡的核心模塊之一，蓄電池控制策略的研究對微電網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)展具有一定的推動作用。本作品適用于配有蓄電池裝置的微網(wǎng)系統(tǒng)，其核心技術(shù)主要包含以下幾個方面： （1）建立試驗數(shù)據(jù)。雙向DC/DC變換器中開關(guān)器件工作頻率和占空比的確定，對充電策略的驗證和評價都需要建立在試驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)之上。 (2)蓄電池模型的建立。電池充放電倍率、溫度、實際容量、壽命、內(nèi)阻等因素息息相關(guān)，且表現(xiàn)出相當(dāng)?shù)姆蔷€性。本作品對現(xiàn)有的電池模型進(jìn)行修正，建立合適的電池數(shù)學(xué)模型。 (3)提煉一種較高精度的SOC估算算法，從而實時確保蓄電池處于較高的荷電狀態(tài)，延長蓄電池的使用壽命。 (4)蓄電池充電方法。本作品基于三階段充電方法和間歇式充電方法的基礎(chǔ)上，對三階段充電方法進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，從而得到適合微網(wǎng)系統(tǒng)中蓄電池充電方法。 根據(jù)市場分析蓄電池儲能裝置能維持微網(wǎng)內(nèi)部的瞬時能量平衡，可頻繁地吸收(發(fā)出)較大功率。蓄電池控制策略的研究對于延長電池壽命、合理充放電、增加電池管理系統(tǒng)的功能和可靠性、降低微網(wǎng)運行成本并最終推動我國微網(wǎng)研究技術(shù)等都具有重要意義，對緩解能源危機(jī)和環(huán)境問題均有實際的社會意義。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 目的： (1) 緩解能源危機(jī)，促進(jìn)新技術(shù)的發(fā)展。 (2) 補償電網(wǎng)無功功率的同時實現(xiàn)諧波抑制，提高電網(wǎng)的效率，保證電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性。并網(wǎng)逆變器在實現(xiàn)傳統(tǒng)有功功率的功能基礎(chǔ)上，通過控制策略控制逆變器的輸出電流，實現(xiàn)諧波抑制和無功功率補償。 (3) 優(yōu)化充放電從而延長蓄電池壽命、增強(qiáng)充放電系統(tǒng)的可靠性，對蓄電池組充放電管理系統(tǒng)核心關(guān)鍵技術(shù)及可靠性進(jìn)行深入研究。 (4)合理的DG（Distributed Generation）控制策略，能實現(xiàn)微網(wǎng)在不同運行模式下電壓和頻率穩(wěn)定，實現(xiàn)各模式之間的平滑過渡。 基本思路： 本項目在研究過程中采用調(diào)查研究、分析對比、理論解析、試驗驗證與工程應(yīng)用相結(jié)合的技術(shù)途徑，走單元研究和集成系統(tǒng)研究循序漸進(jìn)的技術(shù)路線，分項技術(shù)突破，整體協(xié)調(diào)。 創(chuàng)新點： (1) 結(jié)合微網(wǎng)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)間的能量關(guān)系，確定蓄電池充放電裝置參數(shù)，為提出最優(yōu)的充放電策略提供依據(jù)。且對電池充放電控制算法進(jìn)行對比和評價。 (2)采用大容量串聯(lián)電池組進(jìn)行試驗、數(shù)據(jù)鍛煉和分析；建立適合微網(wǎng)系統(tǒng)的蓄電池模型和提出較精確的SOC估算方法。 (3)利用間歇式法與三階段法相結(jié)合的充電方法，充分利用系統(tǒng)能量在保持蓄電池較高荷電狀態(tài)的同時延長蓄電池壽命。 主要技術(shù)指標(biāo)： （1） 充放電電流紋波系數(shù)：5%； （2） 溫度檢測精度：±0.5℃； （3） SOC估算精度：5%； （4） 雙向DC/DC變換器充放電效率：90%； （5） 鉛酸蓄電池壽命：4000 cycle.
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 作品科學(xué)性與先進(jìn)性 （1）能量的有效流動。不恰當(dāng)?shù)某潆娍刂品椒〞?dǎo)致光伏陣列發(fā)出的能量得不到充分利用，且對蓄電池造成過充或欠充。本項目中的直流控制策略能使能量有效分配的同時保證蓄電池正常充電。 （2）強(qiáng)大的功能。一般的蓄電池管理系統(tǒng)，只具有監(jiān)測電池電壓、溫度、電流的簡單功能。本電池管理系統(tǒng)除了監(jiān)測電池工作狀態(tài)參數(shù)之外還具有精確估算電池荷電狀態(tài)（SOC）、通訊、電池故障診斷、電池狀態(tài)監(jiān)測人機(jī)界面等方面的強(qiáng)大功能。 (3)采用改進(jìn)后的三階段充電方法。三階段充電方法存在充電末期過充，蓄電池溫度較高的缺點，但該充電方法能確保蓄電池在較短的時間內(nèi)使蓄電池處于較高的荷電狀態(tài)，有利于延長蓄電池的使用壽命。本項目在三階段充電方法中結(jié)合間歇式充電的優(yōu)點作了相應(yīng)的改進(jìn)，保證了蓄電池在不過充的同時能在較短的時間內(nèi)達(dá)到期望的荷電狀態(tài)。 (4)良好的經(jīng)濟(jì)效益。本項目的蓄電池管理系統(tǒng)能與整個逆變器控制系統(tǒng)通訊，實現(xiàn)優(yōu)化充放電，避免蓄電池在使用過程中因過充過放而影響電池壽命，降低了運行成本。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 實驗室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 圖紙、圖片和現(xiàn)場演示
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 使用說明： 上位機(jī)顯示蓄電池的工作模式、電壓、電流、溫度及SOC等。 技術(shù)特點及優(yōu)勢： （1）較快的充電方法和較精確地SOC估算方法。（2）高可靠、高精度的采樣和檢測電路。 技術(shù)性說明： 本作品主要解決適合于微網(wǎng)逆變器系統(tǒng)中的蓄電池充放電控制策略的難點和關(guān)鍵： 一是如何根據(jù)微電源、蓄電池及電網(wǎng)間能量關(guān)系，確定充電器的工作模式； 二是選擇適合蓄電池充電方法； 三是建立合適的動力電池組的數(shù)學(xué)模型； 四是找到一種合適的算法能實時在線準(zhǔn)確的估算SOC。 市場分析及經(jīng)濟(jì)預(yù)測： 頻繁的大功率充放電和深度放電會造成鉛酸蓄電池溫度升高、正負(fù)極板上的活性物質(zhì)脫落等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響電池的使用壽命。尋求最優(yōu)的蓄電池控制策略具有重要意義。 從經(jīng)濟(jì)成本上分析，本項目所設(shè)計的充電系統(tǒng)對蓄電池進(jìn)行充電，在1小時內(nèi)充入電量達(dá)152Ah，荷電狀態(tài)為84.4%，至1小時25分鐘，充入電量為177.5Ah，充電過程基本結(jié)束。整個充電期間，除在荷電狀態(tài)達(dá)85%左右時，蓄電池電解液的溫升約為21.8℃。
同類課題研究水平概述
- 國外研究： 德國著名的全球光伏領(lǐng)域領(lǐng)導(dǎo)企業(yè)SMA推出了很多市場化的產(chǎn)品（如Sunny Boy系列），美國、日本也已經(jīng)實現(xiàn)了并網(wǎng)逆變器的產(chǎn)品化。歐洲所有的微網(wǎng)研究計劃都圍繞著可靠性、可接入性和靈活性三個方面來考慮。電網(wǎng)的智能化、能量利用的多元化等將是歐洲未來電網(wǎng)的重要特點。日本的微網(wǎng)對于儲能和控制十分重視。日本學(xué)者提出了靈活性可靠性和智能能量供給系統(tǒng)，其主要思想是在配電網(wǎng)中加入一些靈活交流輸電系統(tǒng)裝置，利用控制器快速、靈活的控制性能，實現(xiàn)對配電網(wǎng)能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，并滿足用戶的多種電能質(zhì)量需求。日本為在新能源方面專門成立了“新能源與工業(yè)技術(shù)發(fā)展組織”，它負(fù)責(zé)統(tǒng)一協(xié)調(diào)國內(nèi)高校、企業(yè)與國家重點實驗室對新能源的開發(fā)及其應(yīng)用的研究。 NEDO在2003“RegionalPower Grid with Renewable Energy Resources Projiect”項目中，開始了微網(wǎng)試點項目。其中京都微網(wǎng)2005年12月投入運行，該系統(tǒng)的控制中心能夠在五分鐘之內(nèi)實現(xiàn)系統(tǒng)能量的平衡，也可以根據(jù)需要設(shè)置更短的時限。 國內(nèi)研究： 目前，我國對微網(wǎng)的研究還基本處在起步階段，只是在分布式發(fā)電和分布式儲能上開展了相關(guān)的研究。但微網(wǎng)的特點適應(yīng)我國電力發(fā)展的需求和方向，在我國有著廣闊的發(fā)展前景。光伏充放電控制技術(shù)主要的趨勢是在光伏電池與蓄電池之間的通過DC/DC電力變換設(shè)備，對光伏電池的輸出能量進(jìn)行電力變換，控制其輸送到蓄電池的充電電壓、充電電流符合蓄電池的要求，從而保護(hù)蓄電池，延長系統(tǒng)的使用壽命。蓄電池光伏充放電控制器國內(nèi)已有產(chǎn)品問世，如北京匯能精電科技有限公司太陽能路燈控制器，哈爾濱格瑞太陽能公司太陽能路燈控制器等。大多數(shù)光伏充放電控制器產(chǎn)品是采用脈沖式電壓的充電方式對蓄電池進(jìn)行充電，控制器對功率主回路輸出的電壓、電流控制性能指標(biāo)分析與設(shè)計稍顯不足。國外的控制器多采用專門設(shè)計的集成芯片控制，價格昂貴，在性價比上也有欠缺。
