储能用电池管理系统的研究与开发

太原理工大学硕士研究生学位论文

储能用电池管理系统的研究与开发

摘要

随着社会的高速发展，太阳能作为一种新型、绿色的可再生能源越来越受到人们的关注，在国家的大力扶持和补贴下光伏发电系统也愈来愈为人们所知，技术也逐渐走向成熟。虽然太阳能分布广、无污染，但也受众多环境和地域因素的限制，稳定性不高。因此就需要在光伏发电系统中加入蓄电池来弥补以上缺点，在光伏板不能进行电能转换时通过蓄电池放电来维持能量供应，在发电量有剩余时进行能量存储。

本文以户用独立光伏发电系统为依托，搭建了具有蓄电池充电、放电、充放电自动切换和电池荷电状态（State of Charge，SOC）估算等功能的电池充放电管理系统。分析比较了几种蓄电池充放电方法和充放电电路的优缺点，建立了二阶RC等效电路蓄电池模型和充放电系统小信号模型，在模型建立的基础上研究了蓄电池充电、放电、充放电切换控制算法和电池剩余电量估算方法，通过仿真和实验验证了其有效性，具体研究内容如下：以铅酸蓄电池为研究对象，建立了蓄电池等效电路模型对其进行了模型参数识别和仿真验证，通过对蓄电池充放电方法、充放电电路研究，选定了本系统蓄电池充放电方法和充放电主电路拓扑，详细分析了蓄电池充放电电路原理，选取系统控制变量，分别建立了充电模式和放电模式下的状态空间模型。

研究并设计了基于PI控制的蓄电池充电和放电控制器。充电控制器采用单-双闭环的控制结构，通过电流单闭环控制实现恒流充电，通过电压电流双闭环控制实现恒压限流充电，放电时同样为电压电流双闭环，外环用来稳定母线电压，内环用来限制蓄电池放电电流。通过仿真验证了本控制方法的有效性，但是在充电过程中会出现启动充电电流过大、稳态精度低、动态切换过程中充电电流断续调节时间长的问题，在放电过程中会出现启动时间长和动态调节速度过慢的问题。

针对PI控制方法很难使蓄电池充放电系统兼具较好的稳态、动态性能的问题，设计了一种基于电流预测控制的蓄电池充放电控制方法，在PI双闭

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