遼寧石油化工大學(xué)信息與控制工程學(xué)院 董 旭 單海歐 王天施

引言：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，變配電所的智能化要求也越來(lái)越高，本設(shè)計(jì)提出電阻放電的方式對(duì)太陽(yáng)能蓄電池進(jìn)行恒流放電，并設(shè)計(jì)智能截止電路，使用蓄電池監(jiān)測(cè)模塊監(jiān)測(cè)蓄電池放電過(guò)程中的狀態(tài)。系統(tǒng)界面簡(jiǎn)單易用，整個(gè)系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，已推廣應(yīng)用。

1.前言

目前，生活工業(yè)環(huán)境用電的場(chǎng)所越來(lái)越多，對(duì)電能要求質(zhì)量也越來(lái)越嚴(yán)格，而在電能質(zhì)量管理系統(tǒng)中，準(zhǔn)確測(cè)量、斷電保護(hù)、失電保護(hù)等的檢測(cè)環(huán)節(jié)是要解決的主要問(wèn)題。蓄電池的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，蓄電池存在充放電過(guò)程，電池的兩端變化范圍非常小，如何檢測(cè)變化值，對(duì)于檢測(cè)環(huán)節(jié)要求精度非常高，同時(shí)電池在充放電過(guò)程中，端電壓和流過(guò)的電流的變化，會(huì)對(duì)用電設(shè)備產(chǎn)生影響，測(cè)量保護(hù)環(huán)節(jié)準(zhǔn)確程度會(huì)受很大干擾，當(dāng)前，對(duì)于電池電量的預(yù)測(cè)檢測(cè)技術(shù)有許多，但是由于電池內(nèi)部的非線性以及不確定性，影響算法的實(shí)施，本設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能蓄電池檢測(cè)系統(tǒng)很好的解決了此問(wèn)題。

2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的太陽(yáng)能智能蓄電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，是由蓄電池太陽(yáng)能放電和智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成，如圖1所示。對(duì)于太陽(yáng)能同時(shí)對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行充電，當(dāng)太陽(yáng)能能量不足，由電路并聯(lián)的蓄電池系統(tǒng)解決此問(wèn)題，同時(shí)檢測(cè)測(cè)量環(huán)節(jié)觀測(cè)蓄電池端電壓和流過(guò)電流的變化值。蓄電池放電環(huán)節(jié)由專(zhuān)用檢測(cè)放電系統(tǒng)構(gòu)成，當(dāng)電壓值達(dá)到給定截止電壓后，電池智能停電，實(shí)現(xiàn)智能系統(tǒng)控制要求。第二個(gè)系統(tǒng)由測(cè)量芯片DS2438構(gòu)成，監(jiān)控電池的變化規(guī)律和指標(biāo)，采用單片機(jī)芯片AT89S52，控制采集蓄電池的電壓和流過(guò)的電流值，傳輸?shù)斤@示芯片。本設(shè)計(jì)通過(guò)測(cè)試在外在因素變化時(shí)，仍然能夠?qū)π铍姵氐碾妷壕S持穩(wěn)定，并且自動(dòng)停電，同時(shí)對(duì)整個(gè)過(guò)程實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)跟隨監(jiān)視，通過(guò)使用本系統(tǒng)設(shè)計(jì)能延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命。

圖1 充放電系統(tǒng)

監(jiān)控系統(tǒng)主要由電流傳感器、電壓傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器等多種傳感器構(gòu)成，同時(shí)監(jiān)測(cè)使用專(zhuān)用芯片DS2438與AT89S52單片機(jī)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求的數(shù)值指標(biāo)，要監(jiān)視太陽(yáng)能和蓄電池系統(tǒng)實(shí)際電流的變化，同時(shí)也要檢測(cè)在充電和放電過(guò)程指標(biāo)的動(dòng)態(tài)變化，在檢測(cè)電流的同時(shí)也要使蓄電池兩端的電壓跟隨電流的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，在電流電壓變化的同時(shí)要求調(diào)整和監(jiān)控、顯示數(shù)值，達(dá)到控制要求。本設(shè)計(jì)能在天氣光照不足的情況下，啟動(dòng)蓄電池系統(tǒng)，進(jìn)行穩(wěn)定放電，同時(shí)智能檢測(cè)控制電壓電流數(shù)值；使數(shù)值基本跟隨平穩(wěn)跟隨給定數(shù)值，變化范圍控制在10%范圍，智能斷電；而且在放電結(jié)束，對(duì)于蓄電池的剩余電壓值進(jìn)行檢測(cè)，進(jìn)行充電環(huán)節(jié)和顯示、保護(hù)回流。

3.系統(tǒng)組成

本設(shè)計(jì)采用恒流放電模塊，放電截止模塊，放電監(jiān)測(cè)模塊，太陽(yáng)能模塊，安全保護(hù)模塊，顯示模塊，控制模塊組成。系統(tǒng)設(shè)計(jì)完整的系統(tǒng)框圖如圖2所示。通過(guò)光敏探頭監(jiān)測(cè)陽(yáng)光的光照狀態(tài)，根據(jù)所述光照狀態(tài)及位置監(jiān)測(cè)設(shè)備啟動(dòng)水平方位直流伺服電機(jī)連接的太陽(yáng)能追蹤采集系統(tǒng)；將所述光信號(hào)及所述風(fēng)信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?；將所述剩余的電量通過(guò)三端口雙向DC/DC變流器向儲(chǔ)能系統(tǒng)中充電；或通過(guò)三端口雙向DC/DC變流器從所述儲(chǔ)能系統(tǒng)提取電量，向負(fù)載進(jìn)行發(fā)電。通過(guò)監(jiān)控器及管理器按照預(yù)設(shè)的優(yōu)化控制算法對(duì)太陽(yáng)能追蹤采集系統(tǒng)、智能充電裝置、儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行控制，以便太陽(yáng)能追蹤采集系統(tǒng)及風(fēng)能系統(tǒng)將電能經(jīng)過(guò)三端口雙向DC/DC變流器向負(fù)載發(fā)電，和/或?qū)⑹Ｓ嚯娏客ㄟ^(guò)三端口雙向DC/DC變流器存儲(chǔ)在儲(chǔ)能系統(tǒng)中，所述監(jiān)控器包括系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控、充放電控制、參數(shù)設(shè)定、能量管理、聯(lián)網(wǎng)通信，所述管理器包括數(shù)據(jù)采集、并網(wǎng)協(xié)調(diào)。

圖2 系統(tǒng)組成

1、蓄電池組：可對(duì)蓄電池進(jìn)行恒流放電。

2、恒流放電模塊：主要由全控電力MOSFET管和晶體管組成的運(yùn)放構(gòu)成，關(guān)鍵解決對(duì)蓄電池的穩(wěn)定放電問(wèn)題。

3、放電截止模塊：主要由電力IGBT等器件構(gòu)成，用比較放大器實(shí)現(xiàn)蓄電池端電壓如何跟隨給定指標(biāo)的問(wèn)題，當(dāng)蓄電池兩端電壓值降落到給定的截止電壓值時(shí)候，此模塊去控制蓄電池放電停止。

4、放電監(jiān)測(cè)模塊：主要由52系列單片機(jī)及DS2348專(zhuān)用電池監(jiān)測(cè)芯片夠成，解決如何在動(dòng)態(tài)過(guò)程中準(zhǔn)確實(shí)時(shí)采集蓄電池兩端的電壓、流過(guò)電流的數(shù)值，同時(shí)通過(guò)顯示環(huán)節(jié)顯示電壓電流數(shù)值。

5、顯示模塊：由液晶顯示芯片構(gòu)成，解決蓄電池充放電的動(dòng)態(tài)工作過(guò)程的顯示，以及充放電過(guò)程中電流電壓的數(shù)值。

6、控制模塊：由控制電力電子器件構(gòu)成，根據(jù)控制要求和指標(biāo)、顯示數(shù)值，啟動(dòng)此模塊。

7、太陽(yáng)能模塊：由MPPT環(huán)節(jié)構(gòu)成，使太陽(yáng)能的采集能達(dá)到最大功率要求，通過(guò)DC/DC電路進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

8、安全保護(hù)模塊：對(duì)整個(gè)電路提供短路、過(guò)流過(guò)壓和電池反向保護(hù)。

本設(shè)計(jì)的恒流放電模塊電阻R放電方式?jīng)Q定，通過(guò)使用MOSFET場(chǎng)效應(yīng)管和運(yùn)放芯片、以及隔離保護(hù)電路構(gòu)成，放電電路達(dá)到的程度要求很高，如果額定值0.5AH鎘鎳蓄電池，本設(shè)計(jì)能使其輸出電流恒定在80mA左右，如果額定值0.11AH鎘鎳蓄電池，本設(shè)計(jì)能使輸出電流恒定在33mA左右。系統(tǒng)采用電力電子器件的工作特性與運(yùn)放的線性反饋特效穴，綜合作用來(lái)實(shí)現(xiàn)蓄電池的平穩(wěn)充放電過(guò)程。

4.結(jié)束語(yǔ)

本設(shè)計(jì)采用電阻的方式方法對(duì)太陽(yáng)能蓄電池進(jìn)行恒流充放電，同時(shí)針對(duì)使用整流濾波環(huán)節(jié)來(lái)解決放電過(guò)程中存在的不足問(wèn)題，最終實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的蓄電池恒流放電，在系統(tǒng)中加入了智能截止電路，在蓄電池恒流放電到截止電壓時(shí)自動(dòng)停止放電，防止蓄電池出現(xiàn)過(guò)放現(xiàn)象，損壞蓄電池，通過(guò)監(jiān)測(cè)模塊監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)監(jiān)視電壓電流的變化規(guī)律，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制，達(dá)到了生活中對(duì)電能質(zhì)量的要求，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)方便，具有非常大的實(shí)用價(jià)值，滿(mǎn)足人們生活生產(chǎn)需要。