雙向SPWM逆變整流蓄電池充放電維護裝置

V_B^＊為蓄電池充放電電壓指令值，V_B為蓄電池實際反饋電壓，V_T為電壓調(diào)節(jié)器，其輸出為充放電電流指令值I_B^＊，I_B為實際充放電直流電流，LT₁為直流電流調(diào)節(jié)器，LT₁的輸出I_M^＊作為并網(wǎng)電流的幅值給定，其正負就決定了是放電還是充電，即其逆變器并網(wǎng)電流與電網(wǎng)電壓是同相還是反相。TB為同步電壓變換器，I_M^＊與同步變換器輸出U_AK^＊的乘積為I_a^＊，I_a^＊再作為并網(wǎng)交流電流的給定，經(jīng)LT₂電流調(diào)節(jié)器實現(xiàn)并網(wǎng)電流Ia的跟蹤控制，也即指令電流I_a^＊與電網(wǎng)的對應(yīng)相位是相同還是相反。做為另外兩相電流給定值I_b^＊及I_c^＊的控制與I_a^＊的控制方式相同，直流電壓調(diào)節(jié)器VT和直流電流調(diào)節(jié)器LT₁不變。

由于系統(tǒng)存在三閉環(huán)控制，各調(diào)節(jié)器的控制參數(shù)設(shè)定對系統(tǒng)穩(wěn)定性和快速性有較大影響，各調(diào)節(jié)器參數(shù)應(yīng)合理優(yōu)化設(shè)計，以保證系統(tǒng)的充放電電壓和電流的穩(wěn)定。

為了實現(xiàn)蓄電池充放電曲線的控制，在充放電過程中，可以設(shè)定V_B^＊和VT調(diào)節(jié)器的輸出限幅I_Bmax^＊，在不同的充放電電壓區(qū)域，由于VT調(diào)節(jié)器開始時一般是處于飽和狀態(tài)，其輸出處于限幅值，所以充放電電流跟蹤I_Bmax^＊，當(dāng)蓄電池電壓達到某點設(shè)定電壓值時，再次修改VT調(diào)節(jié)器輸出限幅即可。在充放電的最后階段，VT調(diào)節(jié)器會自動進入退飽和調(diào)節(jié)，并控制蓄電池充放電電壓滿足設(shè)定要求。

3 交流電流的內(nèi)環(huán)跟蹤控制

雙向SPWM整流逆變控制技術(shù)的關(guān)鍵在于交流電流內(nèi)環(huán)的電流跟蹤控制，電流跟蹤控制的方式有多種，如電流滯環(huán)比較控制、SPWM異步閉環(huán)電流控制、電流數(shù)字預(yù)估控制、電壓矢量運算控制等。

3.1 電流滯環(huán)比較控制

滯環(huán)PWM電流控制是一種較為傳統(tǒng)的控制方法，其結(jié)構(gòu)如圖3所示，DP為上下橋臂驅(qū)動電路，KH為滯環(huán)比較器。滯環(huán)比較方式的特點是采用硬件電路比較，電路結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性好，電流控制的響應(yīng)很快，誤差可控，但輸出電流的諧波較多，電磁噪聲較大。

圖3 滯環(huán)PWM電流控制

3.2 SPWM異步閉環(huán)電流控制

SPWM異步電流閉環(huán)跟蹤控制是一種控制簡單且穩(wěn)定性能較好的方式，由于它具有固定的開關(guān)頻率，因此有利于濾波電路的設(shè)計，也有利于限制電路的開關(guān)損耗，同時有利于降低噪聲。該種電流控制方式具有穩(wěn)定性好、響應(yīng)速度快、噪聲小、諧波低等特點。本文采用的方式如圖4所示，電流偏差通過PI比例積分調(diào)節(jié)后與三角載波比較，由于電流給定I_a^＊為正弦波，當(dāng)控制內(nèi)環(huán)穩(wěn)定時，其PI調(diào)節(jié)器輸出也會為正弦波，其比較輸出為等效的SPWM脈沖序列,該脈沖序列經(jīng)DP驅(qū)動電路分別驅(qū)動上下橋臂IGBT模塊，使電流形成負反饋控制。圖5為采用該電流控制方式的并網(wǎng)電流跟蹤實驗波形，由圖5中電網(wǎng)同步電壓與電流波形可知，實際電流跟蹤效果良好，由于正弦電流控制采用的是PI調(diào)節(jié)，因此，實際并網(wǎng)正弦電流的跟蹤與指令電流存在相位和幅值的誤差，為此在軟件上須進行誤差補償，以消除實際電流與電網(wǎng)電壓的相位誤差，提高并網(wǎng)功率因數(shù)。

圖4 SPWM異步閉環(huán)電流控制

圖5 放電時電網(wǎng)同步電壓與并網(wǎng)電流波形