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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 微網(wǎng)逆變器系統(tǒng)中蓄電池控制策略的研究
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 著眼于中國(guó)可再生能源的發(fā)展，微電網(wǎng)的特點(diǎn)適應(yīng)于中國(guó)電力發(fā)展的需求與方向。蓄電池儲(chǔ)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(duì)微電網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)展具有一定的推動(dòng)作用。本作品適用于含蓄電池裝置的微網(wǎng)系統(tǒng)。通過(guò)大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)建立適合本系統(tǒng)的蓄電池?cái)?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(chǔ)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(duì)微電網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)展具有一定的推動(dòng)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(gè)方面： （1）建立試驗(yàn)數(shù)據(jù)。雙向DC/DC變換器中開(kāi)關(guān)器件工作頻率和占空比的確定，對(duì)充電策略的驗(yàn)證和評(píng)價(jià)都需要建立在試驗(yàn)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(shí)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(duì)現(xiàn)有的電池模型進(jìn)行修正，建立合適的電池?cái)?shù)學(xué)模型。 (3)提煉一種較高精度的SOC估算算法，從而實(shí)時(shí)確保蓄電池處于較高的荷電狀態(tài)，延長(zhǎng)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(duì)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(chǎng)分析蓄電池儲(chǔ)能裝置能維持微網(wǎng)內(nèi)部的瞬時(shí)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(duì)于延長(zhǎng)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(yùn)行成本并最終推動(dòng)我國(guó)微網(wǎng)研究技術(shù)等都具有重要意義，對(duì)緩解能源危機(jī)和環(huán)境問(wèn)題均有實(shí)際的社會(huì)意義。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、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(bǔ)償電網(wǎng)無(wú)功功率的同時(shí)實(shí)現(xiàn)諧波抑制，提高電網(wǎng)的效率，保證電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。并網(wǎng)逆變器在實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)有功功率的功能基礎(chǔ)上，通過(guò)控制策略控制逆變器的輸出電流，實(shí)現(xiàn)諧波抑制和無(wú)功功率補(bǔ)償。 (3) 優(yōu)化充放電從而延長(zhǎng)蓄電池壽命、增強(qiáng)充放電系統(tǒng)的可靠性，對(duì)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(shí)現(xiàn)微網(wǎng)在不同運(yùn)行模式下電壓和頻率穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)各模式之間的平滑過(guò)渡。 基本思路： 本項(xiàng)目在研究過(guò)程中采用調(diào)查研究、分析對(duì)比、理論解析、試驗(yàn)驗(yàn)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(xiàng)技術(shù)突破，整體協(xié)調(diào)。 創(chuàng)新點(diǎn)： (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(duì)電池充放電控制算法進(jìn)行對(duì)比和評(píng)價(jià)。 (2)采用大容量串聯(lián)電池組進(jìn)行試驗(yàn)、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(shí)延長(zhǎng)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(cè)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(dòng)。不恰當(dāng)?shù)某潆娍刂品椒〞?huì)導(dǎo)致光伏陣列發(fā)出的能量得不到充分利用，且對(duì)蓄電池造成過(guò)充或欠充。本項(xiàng)目中的直流控制策略能使能量有效分配的同時(shí)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(cè)電池電壓、溫度、電流的簡(jiǎn)單功能。本電池管理系統(tǒng)除了監(jiān)測(cè)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(cè)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(guò)充，蓄電池溫度較高的缺點(diǎn)，但該充電方法能確保蓄電池在較短的時(shí)間內(nèi)使蓄電池處于較高的荷電狀態(tài)，有利于延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命。本項(xiàng)目在三階段充電方法中結(jié)合間歇式充電的優(yōu)點(diǎn)作了相應(yīng)的改進(jìn)，保證了蓄電池在不過(guò)充的同時(shí)能在較短的時(shí)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(xiàng)目的蓄電池管理系統(tǒng)能與整個(gè)逆變器控制系統(tǒng)通訊，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化充放電，避免蓄電池在使用過(guò)程中因過(guò)充過(guò)放而影響電池壽命，降低了運(yùn)行成本。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 無(wú)
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無(wú)
作品可展示的形式
- 圖紙、圖片和現(xiàn)場(chǎng)演示
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 使用說(shuō)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(diǎn)及優(yōu)勢(shì)： （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(cè)電路。 技術(shù)性說(shuō)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(diǎn)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(dòng)力電池組的數(shù)學(xué)模型； 四是找到一種合適的算法能實(shí)時(shí)在線準(zhǔn)確的估算SOC。 市場(chǎng)分析及經(jīng)濟(jì)預(yù)測(cè)： 頻繁的大功率充放電和深度放電會(huì)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(xiàng)目所設(shè)計(jì)的充電系統(tǒng)對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，在1小時(shí)內(nèi)充入電量達(dá)152Ah，荷電狀態(tài)為84.4%，至1小時(shí)25分鐘，充入電量為177.5Ah，充電過(guò)程基本結(jié)束。整個(gè)充電期間，除在荷電狀態(tài)達(dá)85%左右時(shí)，蓄電池電解液的溫升約為21.8℃。
同類課題研究水平概述
- 國(guó)外研究： 德國(guó)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(chǎng)化的產(chǎn)品（如Sunny Boy系列），美國(guó)、日本也已經(jīng)實(shí)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(jì)劃都圍繞著可靠性、可接入性和靈活性三個(gè)方面來(lái)考慮。電網(wǎng)的智能化、能量利用的多元化等將是歐洲未來(lái)電網(wǎng)的重要特點(diǎn)。日本的微網(wǎng)對(duì)于儲(chǔ)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(shí)現(xiàn)對(duì)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(guó)內(nèi)高校、企業(yè)與國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室對(duì)新能源的開(kāi)發(fā)及其應(yīng)用的研究。 NEDO在2003“RegionalPower Grid with Renewable Energy Resources Projiect”項(xiàng)目中，開(kāi)始了微網(wǎng)試點(diǎn)項(xiàng)目。其中京都微網(wǎng)2005年12月投入運(yùn)行，該系統(tǒng)的控制中心能夠在五分鐘之內(nèi)實(shí)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(shí)限。 國(guó)內(nèi)研究： 目前，我國(guó)對(duì)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(chǔ)能上開(kāi)展了相關(guān)的研究。但微網(wǎng)的特點(diǎn)適應(yīng)我國(guó)電力發(fā)展的需求和方向，在我國(guó)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(shì)是在光伏電池與蓄電池之間的通過(guò)DC/DC電力變換設(shè)備，對(duì)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(zhǎng)系統(tǒng)的使用壽命。蓄電池光伏充放電控制器國(guó)內(nèi)已有產(chǎn)品問(wèn)世，如北京匯能精電科技有限公司太陽(yáng)能路燈控制器，哈爾濱格瑞太陽(yáng)能公司太陽(yáng)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(duì)蓄電池進(jìn)行充電，控制器對(duì)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(jì)稍顯不足。國(guó)外的控制器多采用專門設(shè)計(jì)的集成芯片控制，價(jià)格昂貴，在性價(jià)比上也有欠缺。
