智能電網下的清潔能源聯合供電系統

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摘要：分析面向智能電網的清潔能源聯合供電系統中的DC/DC變換器、整流器、逆變器的硬件設計。闡述蓄電池組管理、監控切換模塊、充放電的設計。

關鍵詞：智能電網，清潔能源，聯合供電系統，蓄電池組

引言

清潔能源屬于當前新能源利用的主要方向，當前面向智能電網的清潔能源聯合供電系統設計中，需要重視蓄電池管理等問題，避免出現供電效率不足的問題，完善系統設計。在軟件和硬件部分，都需要采取改進措施，通過利用面向智能電網的清潔能源聯合供電系統，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面向智能電網的清潔能源聯合供電系統硬件設計

1.1DC/DC變換器的設計

當前負載使用的電能屬于220V的交流電，因此相應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。在系統硬件設計中，保障太陽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變為相對穩定的310V直流電壓，可以達到設計要求。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，構成完整的拓撲結構。直流斬波電路的另一個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際效率比較高。在本設計中，主要針對太陽能電池板控制電路進行優化，利用升壓斬波電路來完善系統。蓄電池儲能系統中進行了優化設計，主要使用降壓斬波電路，能夠發揮良好效果。

1.2整流器的設計

使用二極管的單向導通性進行設計，橋式整流器中使用了這種設計方法。這種設備可以把交流電轉變為直流電，主要使用絕緣材料進行封裝。利用大功率的橋式整流器過程中，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，而且穩定性突出，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。在系統設計中，需要使用橋式整流器，可以利用設備把內燃機發電系統帶來的交流電進行轉化，進而獲得直流電，可以連接直流母線，而后使用逆變器進行供電。這種方式包括：（1）可以利用內燃機的發電系統充電，搭配蓄電池提升可靠性。（2）利用系統中的正弦波逆變器，能夠有效控制內燃機系統輸出，讓輸出電流符合標準正弦波電壓。

1.3逆變器的設計

逆變器可以把直流電能包括蓄電瓶和蓄電池發出的電能，轉變為交流電能，主要組成部分包括濾波電路、控制邏輯和逆變橋等等。結合當前面向智能電網清潔能源聯合供電系統的需求，在系統設計中，可以利用逆變器來轉化直流母線輸出的電流，進而獲得交流電壓，而后可以利用。主要利用電壓源輸入電壓源輸出的模式，能夠避免故障問題。當前的逆變器技術包括以下幾種：（1）在升壓之后逆變。（2）直接進行逆變輸出。（3）利用高頻電壓器隔離，也就是首先逆變升壓，而后經過整流再次逆變輸出。第一種逆變器主要使用單BOOST升壓電路，后級屬于全橋逆變結構，這種逆變電路有著成本低、質量輕、體積小、結構簡單的特點。系統中的逆變器核心屬于單片機，主電路包括濾波器、H橋逆變電路和驅動電路。這部分可以把直流母線的直流電壓進行處理，而后利用濾波器濾除諧波，而后可以輸出合格的交流電壓。驅動電路也是核心部件，系統中采用電壓型驅動電路，有著最優化的驅動特性和快速的保護特性。逆變器驅動電路中集成了故障狀態反饋電路，也包括檢測電路和集電極發射極電壓欠飽和監控電路。

2蓄電池組的監控系統與充放電設計

2.1蓄電池組管理的設計

在面向智能電網的清潔能源聯合供電系統設計中，蓄電池的管理和選擇屬于關鍵問題。鉛酸蓄電池有著價格低、可靠、穩定、使用時間長和噪音低、污染小的特點，屬于當前太陽能光伏發電系統中的主要儲能裝置。可以利用系統對于總電量和電壓的要求，利用并聯和串聯的方式構成蓄電池儲能系統。系統的直流電壓比較高，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來降低電池的實際損耗，縮減蓄電池組的實際維護成本，提升蓄電池的實際使用壽命以及使用效率。在系統設計中，需要完善電池組管理系統，包括監控切換模塊、總控制本模塊以及充放電模塊。對于監控切換模塊來說，包括開關切換單元以及檢測單元。充放電模塊、監控切換模塊和總控制模塊之間需要利用總線控制進行通信控制。檢測單元需要監控蓄電池的實際工作情況，并且利用總線把檢測結果傳送給總控制模塊。總控制模塊需要分析相關數據，結合具體情況控制充放電模塊和切換單元。開關切換單元可以實現對蓄電池的單獨控制，可以有效調控。充放電模塊則符合對蓄電池充放電進行控制。

2.2蓄電池組監控切換模塊的設計

針對蓄電池檢測單元采用合理設計方法。在端電壓檢測方面，主要使用A/D轉換器、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。在工作電流檢測方面，主要使用分流器來檢測實際工作電流，因為價格便宜、測量電路簡單并且溫度影響比較小，所以在當前的儀表測量中獲得廣泛應用，包括精密合金電阻器、固定式定制分流器等等，可以在自動化控制、電子整機、通信系統中進行應用，發揮電流檢測和限流的功能。在溫度檢測方面，采用改進型智能溫度傳感器，可以及時監控面向智能電網的清潔能源聯合供電系統溫度。

2.3蓄電池組充放電的設計

在蓄電池剩余容量估計方面，應首先明確荷電狀態概念，了解蓄電池的整體供電能力。可以憑借當前的負載條件，了解供電能力。一般來說，在一定的溫度條件下進行充電，如果蓄電池不再吸收能量，那么SOC等于100%，如果蓄電池已經不能放電，那么能量狀態是SOC為0%。針對生育容量估計方法，主要包含測量內阻法；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系。一般來說都是通過測量端電壓的方式來了解實際容量。如果端電壓顯著降低，那么證明蓄電池的容量降低，在設計中可以利用這種方式。在蓄電池充放電控制軟件設計方面，本設計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于蓄電池組性能的實際影響。蓄電池充放電包括三個階段[1]。（1）第一個階段，恒流充電階段。利用恒定電流進行充電，在充電過程中蓄電池電壓持續提升，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。利用恒定電流進行充電，結合電池溫度進行補償。如果蓄電池的標準工作溫度是25℃，那么環境溫度每升高1℃，都需要合理降低充電電壓，如果環境溫度降低，那么需要合理提升浮充電壓的數值[3]。蓄電池管理系統的軟件包括蓄電池充放電模塊、蓄電池循環調度、總控制模塊的設計。系統啟動之后，接著執行系統初始化程序，檢測蓄電池組的實際狀態，利用串口通信的方式把檢測結果發送到PC端，而后可以觀察到電池的工作情況[4]。利用電池循環調度軟件，能夠合理控制蓄電池組的工作運行，及時更換不符合標準的蓄電池。

3結語

新能源的利用中，清潔能源屬于人們比較關注的能源種類，在利用清潔能源進行聯合供電時仍存在較多需要改進的地方。本研究針對面向智能電網的清潔能源聯合供電系統進行深度研究和分析，探索了有效設計思路。如果可以整合燃料、光、風等清潔能源，可以有效提升聯合供電系統性能，具有系統穩定性較強和用電負荷低的優點。

參考文獻

[1]歐陽興永.風力-太陽能光伏互補供電系統與低層住宅一體化設計研究[J].低碳世界,2020,10(02):137-138.

[2]曾升伍,向超,劉波.太陽能供電系統設計與分析[J].中國新通信,2020,22(03):157.

[3]張麗麗.自由流ETC門架可靠供電系統設計分析[J].中國交通信息化,2020(01):129-131.

[4]田普濤,徐曉偉.蓄電池供電系統的過壓欠壓保護電路設計[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