基于PWM技術(shù)蓄電池充放電與檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

如圖6(a)為單位功率因數(shù)整流運(yùn)行，圖6(b)為單位功率因數(shù)逆變運(yùn)行。由于相電流ia可以實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)電壓ua在相位上相差180°運(yùn)行，因此，可以向電網(wǎng)回饋能量，從而實(shí)現(xiàn)能量雙向流動(dòng)。從以上分析可知，通過設(shè)定三相電壓源型PWM雙向變流器的調(diào)制波uc，便可以控制三相電壓源型PWM雙向變流器的開關(guān)狀態(tài)，從而使得輸入電流按給定規(guī)律變化。

4 蓄電池充放電裝置檢測監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
為了驗(yàn)證課題所設(shè)計(jì)的蓄電池充放電裝置的功能，設(shè)計(jì)了檢測與監(jiān)控系統(tǒng)。軟件的部分界面如圖7所示。

充放電之前，根據(jù)不同的蓄電池充放電要求，首先設(shè)定電壓范圍與電流范圍，對充放電系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，以免誤設(shè)置使輸出參數(shù)超出可控范圍。
蓄電池充放電裝置有兩種運(yùn)行模式：
(1)恒流模式。恒流模式是以輸出電流作為反饋量，控制系統(tǒng)保持蓄電池充放電裝置輸出電流恒定；
(2)恒壓模式。恒壓模式是以輸出電壓作為反饋量，控制系統(tǒng)保持蓄電池充放電裝置輸出電壓恒定。
在蓄電池充電時(shí)，為了快速充電，同時(shí)延長電池的使用壽命，在一個(gè)完整的充電過程中，將整個(gè)充電過程分成不同的階段，不同的階段采用不同的運(yùn)行模式和運(yùn)行參數(shù)，在不同階段之間設(shè)置階段轉(zhuǎn)換條件，當(dāng)蓄電池充放電裝置的運(yùn)行狀態(tài)滿足階段轉(zhuǎn)換條件時(shí)，蓄電池充放電裝置可以從當(dāng)前運(yùn)行階段變成下一個(gè)階段運(yùn)行。該蓄電池充放電裝置可以將一個(gè)充電過程劃分成1～4個(gè)運(yùn)行階段，放電過程劃分為1～2個(gè)運(yùn)行階段。每個(gè)階段的運(yùn)行參數(shù)包括：
(1)運(yùn)行模式。恒流或恒壓。
(2)給定參數(shù)。如果運(yùn)行模式是恒流方式，給定參數(shù)為輸出給定電流；如果運(yùn)行模式是恒壓方式，給定參數(shù)為輸出給定電壓。
(3)限制參數(shù)。對于電池負(fù)載，在恒流條件下，控制系統(tǒng)為滿足設(shè)定的輸出電流值，可能導(dǎo)致輸出電壓超過電池組的最大電壓限制。在恒壓條件下，控制系統(tǒng)為滿足設(shè)定的輸出電壓值，可能導(dǎo)致輸出電流超過電池的最大電流限制。為了解決這個(gè)問題，在蓄電池充放電裝置的控制系統(tǒng)中，有一個(gè)限制輸出部分。在恒流狀態(tài)下，限制輸出部分會(huì)對輸出電壓和設(shè)定的最大限制電壓進(jìn)行比較，若輸出電壓小于最大限制電壓，控制系統(tǒng)保持輸出電流等于給定電流，若輸出電壓大于最大限制電壓，控制系統(tǒng)將不再保持輸出電流等于給定電流，而是保證輸出電壓小于最大限制電壓；恒壓狀態(tài)下限制參數(shù)與其類似。采用以上措施的目的，就是為了保護(hù)電池，防止電池在充電過程中受到損傷。所以在每個(gè)階段的運(yùn)行參數(shù)中包括一個(gè)限制輸出值。若運(yùn)行模式是恒流，限制輸出值為最大輸出電壓。若運(yùn)行模式是恒壓，限制輸出值為最大輸出電流。
(4)停止參數(shù)。停止參數(shù)的含義是當(dāng)蓄電池充放電裝置的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)滿足設(shè)定的停止參數(shù)，自動(dòng)轉(zhuǎn)入下一個(gè)階段運(yùn)行，若當(dāng)前運(yùn)行的是最后一個(gè)階段，控制系統(tǒng)會(huì)關(guān)閉蓄電池充放電裝置。下面以恒流模式說明停止參數(shù)的含義；當(dāng)運(yùn)行模式是恒流，用戶可以選擇的停止條件有輸出電壓或運(yùn)行時(shí)間兩種。若用戶選擇停止條件是輸出電壓，在恒流充電過程中電池電壓上達(dá)到設(shè)定的停止輸出電壓值時(shí)，系統(tǒng)結(jié)束本階段的運(yùn)行，轉(zhuǎn)入下一階段運(yùn)行；若用戶選擇的停止條件是運(yùn)行時(shí)間，若本階段的運(yùn)行時(shí)間等于設(shè)定的停止時(shí)間，系統(tǒng)結(jié)束本階段的運(yùn)行，轉(zhuǎn)入下一階段運(yùn)行。
把運(yùn)行模式和停止條件組合起來，蓄電池充放電裝置可以有4種運(yùn)行模式：恒流限壓、恒流定時(shí)、恒壓恨流、恒壓定時(shí)。同時(shí)除上述參數(shù)的設(shè)置以外，系統(tǒng)還可以實(shí)現(xiàn)循環(huán)充放電，可以選擇循環(huán)起始點(diǎn)和終止點(diǎn)，以及充放電次數(shù)。

5 結(jié)語
本文所設(shè)計(jì)的蓄電池充電裝置設(shè)計(jì)的蓄電池充放電裝置技術(shù)參數(shù)為：
蓄電池側(cè)：額定功率15 kVA，額定電壓DC110 V。其中，充電時(shí)電壓變化范圍為60～160 V，放電時(shí)電壓變化范圍為75～160 V；充電時(shí)額定電流為65 A，放電時(shí)額定電流為130 A。
交流側(cè)：三相交流(380±76)V，網(wǎng)側(cè)電流符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，功率因數(shù)高于0．95，電流畸變小于5％；
基于PWM整流的雙向蓄電池充放電裝置解決了傳統(tǒng)裝置的電能浪費(fèi)問題，把90％的試驗(yàn)?zāi)芎幕仞侂娋W(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了能量雙向流動(dòng)，采用SPWM調(diào)制方式可使網(wǎng)側(cè)電流正弦化，功率因數(shù)高，能夠?qū)崿F(xiàn)充放電功率的靈活調(diào)節(jié)。放電功率的可控性簡化了操作人員的工作，同時(shí)也提高了數(shù)據(jù)的可靠性與設(shè)備的安全性。