智能电网下的清洁能源联合供电系统

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摘要：分析面向智能电网的清洁能源联合供电系统中的DC/DC变换器、整流器、逆变器的硬件设计。阐述蓄电池组管理、监控切换模块、充放电的设计。

关键词：智能电网，清洁能源，联合供电系统，蓄电池组

引言

清洁能源属于当前新能源利用的主要方向，当前面向智能电网的清洁能源联合供电系统设计中，需要重视蓄电池管理等问题，避免出现供电效率不足的问题，完善系统设计。在软件和硬件部分，都需要采取改进措施，通过利用面向智能电网的清洁能源联合供电系统，能够显著提升供电效率，降低蓄电池的故障率，供电性能突出。

1面向智能电网的清洁能源联合供电系统硬件设计

1.1DC/DC变换器的设计

当前负载使用的电能属于220V的交流电，因此相应逆变器的输入电压属于高于310V的直流电能，利用这种方式可以保障逆变器输入电能属于220V的交流电。在系统硬件设计中，保障太阳能电池板的最大工作电压高于37.4V，需要采取必要措施把电压转变为相对稳定的310V直流电压，可以达到设计要求。DC/DC变换电路中包括隔离性DC/DC变换电路、多象限直接DC/DC变换电路以及单象限直接DC/DC变换电路等等，构成完整的拓扑结构。直流斩波电路的另一个名字就是单象限直接DC/DC变换电路，包括升降压斩波电路、升压斩波电路以及降压斩波电路，降压斩波电路和升压斩波电路的实际效率比较高。在本设计中，主要针对太阳能电池板控制电路进行优化，利用升压斩波电路来完善系统。蓄电池储能系统中进行了优化设计，主要使用降压斩波电路，能够发挥良好效果。

1.2整流器的设计

使用二极管的单向导通性进行设计，桥式整流器中使用了这种设计方法。这种设备可以把交流电转变为直流电，主要使用绝缘材料进行封装。利用大功率的桥式整流器过程中，可以采用金属壳包封，显著提升散热能力。桥式整流器有着多种类型，性能较强，而且稳定性突出，有着较高的整流器效率，整流电流介于0.5～50A之间，整流最高反向电压的峰值电压介于50～1000V。在系统设计中，需要使用桥式整流器，可以利用设备把内燃机发电系统带来的交流电进行转化，进而获得直流电，可以连接直流母线，而后使用逆变器进行供电。这种方式包括：（1）可以利用内燃机的发电系统充电，搭配蓄电池提升可靠性。（2）利用系统中的正弦波逆变器，能够有效控制内燃机系统输出，让输出电流符合标准正弦波电压。

1.3逆变器的设计

逆变器可以把直流电能包括蓄电瓶和蓄电池发出的电能，转变为交流电能，主要组成部分包括滤波电路、控制逻辑和逆变桥等等。结合当前面向智能电网清洁能源联合供电系统的需求，在系统设计中，可以利用逆变器来转化直流母线输出的电流，进而获得交流电压，而后可以利用。主要利用电压源输入电压源输出的模式，能够避免故障问题。当前的逆变器技术包括以下几种：（1）在升压之后逆变。（2）直接进行逆变输出。（3）利用高频电压器隔离，也就是首先逆变升压，而后经过整流再次逆变输出。第一种逆变器主要使用单BOOST升压电路，后级属于全桥逆变结构，这种逆变电路有着成本低、质量轻、体积小、结构简单的特点。系统中的逆变器核心属于单片机，主电路包括滤波器、H桥逆变电路和驱动电路。这部分可以把直流母线的直流电压进行处理，而后利用滤波器滤除谐波，而后可以输出合格的交流电压。驱动电路也是核心部件，系统中采用电压型驱动电路，有着最优化的驱动特性和快速的保护特性。逆变器驱动电路中集成了故障状态反馈电路，也包括检测电路和集电极发射极电压欠饱和监控电路。

2蓄电池组的监控系统与充放电设计

2.1蓄电池组管理的设计

在面向智能电网的清洁能源联合供电系统设计中，蓄电池的管理和选择属于关键问题。铅酸蓄电池有着价格低、可靠、稳定、使用时间长和噪音低、污染小的特点，属于当前太阳能光伏发电系统中的主要储能装置。可以利用系统对于总电量和电压的要求，利用并联和串联的方式构成蓄电池储能系统。系统的直流电压比较高，而且总电量比较大，需要连接较多的蓄电池。需要利用有效的电池管理系统来降低电池的实际损耗，缩减蓄电池组的实际维护成本，提升蓄电池的实际使用寿命以及使用效率。在系统设计中，需要完善电池组管理系统，包括监控切换模块、总控制本模块以及充放电模块。对于监控切换模块来说，包括开关切换单元以及检测单元。充放电模块、监控切换模块和总控制模块之间需要利用总线控制进行通信控制。检测单元需要监控蓄电池的实际工作情况，并且利用总线把检测结果传送给总控制模块。总控制模块需要分析相关数据，结合具体情况控制充放电模块和切换单元。开关切换单元可以实现对蓄电池的单独控制，可以有效调控。充放电模块则符合对蓄电池充放电进行控制。

2.2蓄电池组监控切换模块的设计

针对蓄电池检测单元采用合理设计方法。在端电压检测方面，主要使用A/D转换器、湿度传感器和桥电容，主要功能是采集蓄电池的温度、工作电流和端电压。在工作电流检测方面，主要使用分流器来检测实际工作电流，因为价格便宜、测量电路简单并且温度影响比较小，所以在当前的仪表测量中获得广泛应用，包括精密合金电阻器、固定式定制分流器等等，可以在自动化控制、电子整机、通信系统中进行应用，发挥电流检测和限流的功能。在温度检测方面，采用改进型智能温度传感器，可以及时监控面向智能电网的清洁能源联合供电系统温度。

2.3蓄电池组充放电的设计

在蓄电池剩余容量估计方面，应首先明确荷电状态概念，了解蓄电池的整体供电能力。可以凭借当前的负载条件，了解供电能力。一般来说，在一定的温度条件下进行充电，如果蓄电池不再吸收能量，那么SOC等于100%，如果蓄电池已经不能放电，那么能量状态是SOC为0%。针对生育容量估计方法，主要包含测量内阻法；组合方法；电压法等等。蓄电池的端电压和剩余容量有着密切关系。一般来说都是通过测量端电压的方式来了解实际容量。如果端电压显著降低，那么证明蓄电池的容量降低，在设计中可以利用这种方式。在蓄电池充放电控制软件设计方面，本设计中考虑了蓄电池组的寿命和使用效率，采取三阶段充电的策略，可以避免恒压充电或者恒流充电对于蓄电池组性能的实际影响。蓄电池充放电包括三个阶段[1]。（1）第一个阶段，恒流充电阶段。利用恒定电流进行充电，在充电过程中蓄电池电压持续提升，蓄电池电压也在提升。（2）第二阶段，恒压充电阶段[2]。蓄电池的充电电流持续降低，采用恒压充电方式。（3）第三阶段，浮充阶段。利用恒定电流进行充电，结合电池温度进行补偿。如果蓄电池的标准工作温度是25℃，那么环境温度每升高1℃，都需要合理降低充电电压，如果环境温度降低，那么需要合理提升浮充电压的数值[3]。蓄电池管理系统的软件包括蓄电池充放电模块、蓄电池循环调度、总控制模块的设计。系统启动之后，接着执行系统初始化程序，检测蓄电池组的实际状态，利用串口通信的方式把检测结果发送到PC端，而后可以观察到电池的工作情况[4]。利用电池循环调度软件，能够合理控制蓄电池组的工作运行，及时更换不符合标准的蓄电池。

3结语

新能源的利用中，清洁能源属于人们比较关注的能源种类，在利用清洁能源进行联合供电时仍存在较多需要改进的地方。本研究针对面向智能电网的清洁能源联合供电系统进行深度研究和分析，探索了有效设计思路。如果可以整合燃料、光、风等清洁能源，可以有效提升联合供电系统性能，具有系统稳定性较强和用电负荷低的优点。

参考文献

[1]欧阳兴永.风力-太阳能光伏互补供电系统与低层住宅一体化设计研究[J].低碳世界,2020,10(02):137-138.

[2]曾升伍,向超,刘波.太阳能供电系统设计与分析[J].中国新通信,2020,22(03):157.

[3]张丽丽.自由流ETC门架可靠供电系统设计分析[J].中国交通信息化,2020(01):129-131.

[4]田普涛,徐晓伟.蓄电池供电系统的过压欠压保护电路设计[J].电子世界,2020(01):147-148.

作者：闫立军 单位：一汽轻型商用汽车有限公司