小型独立光伏发电系统蓄电池控制电路的设计开题报告

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1、开题报告小型独立光伏发电系统蓄电池控制电路的设计1选题的背景、意义十八世纪的工业革命，大大推动了人类社会的生产力水平，使人类进入了机器大生产的工业时代。从此，人类大规模地开采矿产、石油、砍伐森林、开垦草原，满足世界经济的发展。可以说，世界经济的现代化，得益于传统能源，如石油、天然气、煤炭与核裂变能的广泛的投入应用。因而它是建筑在传统能源基础之上的一种经济。然而，这一经济的资源载体将在21世纪上半期迅速地接近枯竭。目前工业带来的环境污染问题也也是人们普遍关注的焦点。例如，由于化石燃料的燃烧，大气中的颗粒物和二氧化硫浓度增高，危及

2、人类和其他生物的身体健康，同时还会腐蚀材料，给人类社会造成损失；工业废水和生活污水的排放，使人体体质恶化，危及水生生物的生存，使水体失去原有的生态功能和使用价值，给生态系统造成直接的破坏和影响。除此之外，污染物的积累和迁移转化还会引起多种衍生的环境效应，给生态系统和人类社会造成间接的危害，有时这种间接的环境效应的危害比直接危害更大。因此人类开始将目光转向可再生能源的发展。大规模地开发利用可再生洁净能源，以资源无限、清洁干净的可再生能源为主的多样性的能源结构代替以资源有限、污染严重的石化能源为主的能源结构已成为人们关注的焦点[1

3、~3]。太阳能作为一种新型的绿色可再生能源，与其他新能源相比利用最大，是最理想的可再生能源。光伏发电是当前利用太阳能的主要方式。光伏电站系统可分为并网型系统和独立供电型系统2种。前者可以看作集中式或者分布式的太阳能电站；而后者则不与电网相连，直接向负载提供电力，为了提供持续的能量供应必须使用储能装置。阀控铅酸蓄电池（VRLA）广泛应用于独立光伏电站中，它是光伏发电中及其重要的一部分，其能量是由太阳能提供，白天由太阳能转化为电能给蓄电池充电，夜间则由蓄电池给用户提供所需的电能[4~5]。从已建光伏电站的调查分析发现，蓄电池是导致

4、光伏电站系统故障和失效的主要原因之一。导致蓄电池提前失效的原因很多，除设计不合理、维护管理不到位外，蓄电池的控制方式不合理是导致其提前失效的重要原因。因此，建立合理的蓄电池控制方式，可延长蓄电池使用寿命，降低系统运行成本并保证独立光伏电站的安全可靠运行[6~7]。2相关研究的最新成果及动态独立光伏系统的蓄电池是系统中最薄弱的环节，而且它在系统中的作用是不可替代的。而对蓄电池来说充电控制和容量预测是其核心。有一个好的充电器将对提高系统性能起重要作用。对于充电控制器，国外研究比较深入，已经有不少的充电器产品具有很高的性能：（1）内

5、部温度补偿、（2）动态过充保护、（3）智能充电控制策略（太阳能阵列输出最大功率点跟踪技术等）、（4）抗操作错误。而蓄电池的当前容量和还能充入的容量是充电控制必须考虑的一个因素，因为当蓄电池容量损失后，如果充电控制不知道容量损失为多少，则充电策略为使蓄电池尽快充满而不停地努力着，甚至在实际已经充满的情况下，还不停进行充电操作，容易造成过充的现象。而且它也是用户想了解的一个重要参数：当前负荷一下电源还能维持多一长时间，特别是对于某些有重要负荷的场所，为保证重要负荷的运行，在一定的容量下必须切断其它负荷来保证其重要负荷的继续运行。因

6、而对于容量的预测也是相当重要。在光伏系统中最重要的设备是能使蓄电池保持长寿命、高性能、少维护，因而它不仅能控制充电，而且能在蓄电池放电期间给出剩余容量信息，为避免在蓄电池低荷电状态下的硫化和产生其他危害，它能警告用户，并在一个安全的状态下切除负载。在国外许多产品中将容量预测及显示以及充电控制器集中在一个控制器中把它作为一个能量管理系统控制器。在我国由于光伏利用起步较晚，早期国家投入较少，针对光伏系统的充电的产品技术主要还是沿用其它系统的充电方式，因而性能还不够完善[8~9]。值得庆幸的是，这些年我国加大了对新能源的开利用，进行

7、这方面的研究人员也越来越多，技术也越来越先进，开始制定了一些有关光电源的技术要求，提出控制器，1、能为用户提供蓄电池荷电状况的指示，包括：（a）充满指示，当蓄电池被充满，太阳电池方阵充电电流被减少或太阳电池方阵被切离时的指示；（b）欠压指示，当蓄电池电压己经偏低，需要用户节约用电时的指示；（c）负载切离指示，当蓄电池已经欠压，应将负载切离时的指示；2、控制器应具有温度补偿，3、当蓄电池电压降到过放点时，控制器应能自动切断负载；4、控制器的最大自身耗电不得超过其额定充电电流的1%、充电或放电通过控制器的电压降不得超过系统额定电压

8、的5%；6、当蓄电池从电路中去掉时，控制器在1小时内必须能够承受高于太阳电池组件标称开路电压1.25倍的冲击；7、太阳电池方阵功率大于20W的系统，控制器应具有蓄电池充满断开及欠压断开装置及电路保护；8、控制器应具有如下保护功能：（a）防止任何负载短路的电路保护；（b）防止负