雙向SPWM逆變整流蓄電池充放電維護(hù)裝置

4 系統(tǒng)的控制功能設(shè)計(jì)

蓄電池充放電維護(hù)裝置的控制功能設(shè)計(jì)要考慮用戶的使用場(chǎng)合和操作靈活性，本系統(tǒng)控制器的核心芯片采用TI公司的DSP（TMS320LF2407A），由于其專有的SPWM控制功能和高速數(shù)據(jù)處理能力，使系統(tǒng)能以全數(shù)字軟件方式實(shí)現(xiàn)正弦波并網(wǎng)電流的雙向控制，并在實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)正弦電流波形及減小噪聲等方面效果良好。在此基礎(chǔ)上，針對(duì)蓄電池的充放電控制要求及特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了較為全面的充放電控制和管理模式。其主要功能設(shè)計(jì)如下。

1）充放電曲線設(shè)定可以由用戶在本機(jī)液晶顯示操作面板上設(shè)定合適的電壓電流充放電數(shù)值，以有限數(shù)組實(shí)現(xiàn)曲線的擬合，控制充放電電流跟蹤設(shè)定曲線，并最終穩(wěn)定在蓄電池充放電的上下限電壓值上。

2）充放電模式設(shè)定設(shè)置了放電模式、充電模式和循環(huán)自動(dòng)充放電模式。在充放電模式下，如果系統(tǒng)完成了充放電過(guò)程，則自動(dòng)停機(jī)等待并聲音提示。在循環(huán)自動(dòng)充放電模式，會(huì)根據(jù)用戶設(shè)定的循環(huán)充放電次數(shù)，自動(dòng)完成充放電控制，并停機(jī)聲音提示。

3）上位機(jī)的通信控制及管理本機(jī)系統(tǒng)設(shè)有RS485通信接口，可以實(shí)現(xiàn)多機(jī)聯(lián)網(wǎng)通信。本機(jī)可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線將運(yùn)行狀態(tài)及數(shù)據(jù)傳送至上位機(jī)，如蓄電池電壓、蓄電池電流等；上位機(jī)也可以發(fā)送控制指令給下位機(jī)，如充電電壓電流指令、放電電壓電流指令等，并可以同時(shí)監(jiān)控和管理多臺(tái)蓄電池充放電設(shè)備，圖形顯示當(dāng)前運(yùn)行參數(shù)和歷史運(yùn)行曲線等。

5 系統(tǒng)的故障保護(hù)

對(duì)于該型的蓄電池充放電維護(hù)裝置，除了要具備一般的逆變電源保護(hù)功能，如交流過(guò)流、直流過(guò)流、短路、蓄電池過(guò)充過(guò)放、散熱器超溫等，特別還應(yīng)有孤島效應(yīng)的防止與保護(hù)功能。孤島效應(yīng)是指并網(wǎng)型逆變電源在電網(wǎng)斷電時(shí)，逆變器仍然保持對(duì)失壓電網(wǎng)中的某一部分線路繼續(xù)供電的狀態(tài)，這樣電力孤島效應(yīng)區(qū)域會(huì)發(fā)生電壓和頻率不穩(wěn)定現(xiàn)象，有可能對(duì)外部設(shè)備造成損壞或發(fā)生觸電安全事故。圖7為孤島效應(yīng)的發(fā)生機(jī)理，正常供電時(shí)，開(kāi)關(guān)A閉合，蓄電池逆變電源和電網(wǎng)同時(shí)給負(fù)載供電。當(dāng)電網(wǎng)突然停電，即從A處斷開(kāi)，若這時(shí)負(fù)載阻抗正好與輸出電流相匹配，則在電網(wǎng)斷開(kāi)時(shí)，負(fù)載電壓不會(huì)有任何變化，采用常規(guī)檢測(cè)電壓方法，系統(tǒng)無(wú)法判斷電網(wǎng)停電，仍然繼續(xù)向負(fù)載供電，即產(chǎn)生了孤島效應(yīng)。

圖6 充電時(shí)電網(wǎng)同步電壓與并網(wǎng)電流波形

圖7 孤島效應(yīng)發(fā)生機(jī)理

對(duì)孤島效應(yīng)的識(shí)別有多種方式，可以分為主動(dòng)式和被動(dòng)式兩類。一般規(guī)定并網(wǎng)逆變電源本機(jī)應(yīng)同時(shí)具有主動(dòng)和被動(dòng)識(shí)別能力，以提高孤島效應(yīng)識(shí)別的可靠性，并且要求識(shí)別響應(yīng)時(shí)間應(yīng)小于1s。主動(dòng)式孤島效應(yīng)的識(shí)別方式有主動(dòng)頻率偏移、有功功率變動(dòng)、無(wú)功功率變動(dòng)等。被動(dòng)式方式有電壓相位跳動(dòng)、三次電壓諧波變動(dòng)、頻率變化等。

6 結(jié)語(yǔ)

采用雙向SPWM逆變整流技術(shù)的蓄電池充放電維護(hù)裝置，由于其可以方便地實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)充放電電流的正弦波形和高功率因數(shù)控制，對(duì)電網(wǎng)無(wú)污染，因此是高效節(jié)能的綠色電源。系統(tǒng)功率開(kāi)關(guān)器件選用IGBT，其開(kāi)關(guān)工作頻率可以達(dá)到20kHz以上，采用專用的DSP數(shù)據(jù)處理器控制，正弦波形的畸變率很小、噪音很低，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的具有蓄電池聯(lián)網(wǎng)群控智能化充放電的管理功能，可以適應(yīng)不同電壓等級(jí)和類型的蓄電池生產(chǎn)和維護(hù)。由于該裝置具有良好的控制性能和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，其推廣應(yīng)用前景良好。