0 引言
隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展,蓄電池在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,,如郵電,、通訊、電力系統(tǒng)、UPS系統(tǒng),、逆變及特種電源系統(tǒng)等,,因此,蓄電池的維護(hù)顯得越來越重要,。對(duì)蓄電池運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控并定期進(jìn)行均衡充放電維護(hù)是延長蓄電池使用壽命,,保證蓄電池正常工作的必不可少的手段之一。
目前,,常規(guī)的蓄電池維護(hù)大都采用充電器和放電器,,充電器一般采用晶閘管控制。因而具有諧波嚴(yán)重,、功率因數(shù)低等缺點(diǎn),。而蓄電池放電時(shí)主要利用電阻放電,消耗了大量的電能,。雖然也有少數(shù)采用晶閘管有源逆變向電網(wǎng)饋能,,但仍不可避免地因?yàn)橹C波和低功率因數(shù)而污染電網(wǎng)。隨著電力電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,,采用SPWM雙向整流逆變技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)蓄電池的充放電控制,。它實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)側(cè)電流正弦化及單位功率因素,大大降低了裝置對(duì)電網(wǎng)的諧波污染,;采用逆變放電將蓄
電池電能回饋至電網(wǎng),,大大節(jié)省了電能;并且具有恒壓,、恒流或按照蓄電池充放電曲線進(jìn)行控制,,方便蓄電池的管理,有助于延長蓄電池使用壽命,。
1 系統(tǒng)的主電路結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)主電路結(jié)構(gòu)如圖1所示,。主電路采用單相PWM的AC/DC的電壓型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),L2是交流側(cè)電感,,實(shí)現(xiàn)PWM電流控制,,合理地選擇電感L2對(duì)系統(tǒng)至關(guān)重要,L2選擇過小會(huì)使輸出電流的波紋較大,,產(chǎn)生大的電磁噪聲和干擾,;L2選擇過大會(huì)增加電壓降,使電流跟蹤能力差,,需要相應(yīng)增加母線電壓,。L1,C1及C2組成濾波器,,使蓄電池獲得平滑的電流,、電壓波形,;變壓器可以使直流側(cè)電壓和電網(wǎng)電壓適配,井將蓄電池組和電網(wǎng)隔離,。
2系統(tǒng)的控制
2.1 系統(tǒng)控制框圖
系統(tǒng)的控制目標(biāo)是使系統(tǒng)能雙向運(yùn)行,,并且蓄電池的充、放電過程能按照規(guī)定的曲線進(jìn)行,。系統(tǒng)在充電時(shí)處于整流模式,電網(wǎng)側(cè)電流為正弦波且功率因數(shù)為1,,電能從電網(wǎng)流向蓄電池,;系統(tǒng)在放電時(shí)處于有源逆變模式,電網(wǎng)側(cè)電流為正弦波且功率因數(shù)為“-1”,,此時(shí)電能從蓄電池流向電網(wǎng),。兩種工作模式下電壓、電流矢量圖如圖2所示,。
圖2(a)顯示電網(wǎng)側(cè)的電流和電壓同相位,;圖2(b)顯示電網(wǎng)側(cè)電流和電壓相位相反。圖中的Un是逆變器的輸出電壓矢量,。根據(jù)系統(tǒng)的拄制要求,,需要按照充放電曲線實(shí)時(shí)地控制蓄電池的電流和電壓,這樣系統(tǒng)需要控制的量有3個(gè):蓄電池電流,,蓄電池電壓,、電網(wǎng)側(cè)電流。系統(tǒng)的控制框圖如圖3所示,。
圖中:Ubat*是蓄電池充放電的電壓指令值,,Ubat是蓄電池電壓反饋值;Ibat*是蓄電池充放電的電流指令值,,Ibat是實(shí)際的蓄電池充放電電流,;I*是交流側(cè)電流的指令值,I是實(shí)際的交流電流,;G1(s)是蓄電池電壓調(diào)節(jié)器,,通常為PI環(huán)節(jié),調(diào)節(jié)器的輸出經(jīng)過限幅后作為電網(wǎng)側(cè)電流指令的幅值Im,;G2(s)是蓄電池電流的調(diào)節(jié)器,,它控制實(shí)際的蓄電池工作電流,調(diào)節(jié)器的輸出經(jīng)過限幅后也作為電網(wǎng)側(cè)電流指令的幅值Im,;電壓環(huán)和電流環(huán)之間的切換根據(jù)蓄電池充放電曲線進(jìn)行,;調(diào)節(jié)器輸出的正負(fù)決定了系統(tǒng)工作在充電還是放電狀態(tài);Im和電網(wǎng)電壓同頻同相的單位正弦信號(hào)一起構(gòu)成了交流側(cè)電流的指令值I*,;G3(s)是電流調(diào)節(jié)環(huán).K是功率放大環(huán)節(jié),,G4(s)是交流濾波環(huán)節(jié),Uc是電網(wǎng)電壓。
2.2系統(tǒng)控制的實(shí)現(xiàn)
為了實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池充放電曲線的控制,,在系統(tǒng)工作過程中,,可以根據(jù)要求的曲線實(shí)時(shí)地改變電壓指令值,這樣就可以使蓄電池滿足電壓曲線,。系統(tǒng)在工作過程中時(shí),,調(diào)節(jié)器G1(s)一般處于飽和狀態(tài),可以根據(jù)曲線實(shí)時(shí)地改變它的限幅值,,這樣就能控制電網(wǎng)側(cè)電流的大小,,從而控制蓄電池充放電的電流,滿足曲線需要,。在蓄電池充放電的后期,,調(diào)節(jié)器會(huì)自動(dòng)地退出飽和狀態(tài),蓄電池工作在小電流的充放電狀態(tài),。 SPWM電流跟蹤控制采用簡單的比例控制,,它具有控制簡單并且穩(wěn)定性好等特點(diǎn),由于它具有固定的開關(guān)頻率,,因此它有利于濾波環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì),,也有利于限制系統(tǒng)的開關(guān)損耗。
系統(tǒng)的控制過程如圖1和圖3所示,,電網(wǎng)側(cè)電流給定和實(shí)際電流的偏差經(jīng)過G3(s)調(diào)節(jié)后和三角載波比較,,輸出按照正弦規(guī)律變化的脈沖序列,該脈沖經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電路后形成互補(bǔ)的且具有死區(qū)時(shí)間的脈沖對(duì),,分別驅(qū)動(dòng)一個(gè)橋臂的上下兩個(gè)功率器件,,另一個(gè)橋臂的驅(qū)動(dòng)脈沖滯后180°,這樣就能保證交流側(cè)的電流為正弦波,。
3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
依據(jù)上述研究,,設(shè)計(jì)了一臺(tái)5kW的蓄電池充、放電樣機(jī),,其主要參數(shù)如下:
P="5kW",,變壓器為220V/130V(Ue=130V Uba
t="220V"),L2=3mH.C1=C2=3300μF,,L1=5mH,,f=10kHz。
圖4為蓄電池在充,、放電時(shí)的電網(wǎng)側(cè)電流波形,,其中①為電網(wǎng)電壓波形,有效值220V,;②為電網(wǎng)側(cè)電流波形,,有效值為22.4A,。圖4(a)顯示電流和電壓同相,即功率因數(shù)為1,,電流為正弦電流,,電流由電網(wǎng)流入蓄電池;圖4(b)顯示電流和電壓反相,,即功率因數(shù)為“-1”,,電流為正弦波,電能由蓄電池流向電網(wǎng),,即實(shí)現(xiàn)了并網(wǎng)發(fā)電,。
4 結(jié)語
采用雙向AC/DC變流器設(shè)計(jì)的充放電裝置在滿足能充電放電的同時(shí),實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)側(cè)電流的正弦化和單位功率因數(shù),,大大減少了裝置運(yùn)行時(shí)時(shí)電網(wǎng)的污染,,并網(wǎng)發(fā)電實(shí)現(xiàn)了節(jié)能,。系統(tǒng)能按照設(shè)定的蓄電池充放電曲線工作,,管理方便,有效地延長了蓄電池的使用壽命,。