雙向SPWM逆變整流蓄電池充放電維護裝置

4 系統的控制功能設計

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

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

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

3）上位機的通信控制及管理本機系統設有RS485通信接口，可以實(shí)現多機聯(lián)網(wǎng)通信。本機可以通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)將運行狀態(tài)及數據傳送至上位機，如蓄電池電壓、蓄電池電流等；上位機也可以發(fā)送控制指令給下位機，如充電電壓電流指令、放電電壓電流指令等，并可以同時(shí)監控和管理多臺蓄電池充放電設備，圖形顯示當前運行參數和歷史運行曲線(xiàn)等。

5 系統的故障保護

對于該型的蓄電池充放電維護裝置，除了要具備一般的逆變電源保護功能，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，特別還應有孤島效應的防止與保護功能。孤島效應是指并網(wǎng)型逆變電源在電網(wǎng)斷電時(shí)，逆變器仍然保持對失壓電網(wǎng)中的某一部分線(xiàn)路繼續供電的狀態(tài)，這樣電力孤島效應區域會(huì )發(fā)生電壓和頻率不穩定現象，有可能對外部設備造成損壞或發(fā)生觸電安全事故。圖7為孤島效應的發(fā)生機理，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)給負載供電。當電網(wǎng)突然停電，即從A處斷開(kāi)，若這時(shí)負載阻抗正好與輸出電流相匹配，則在電網(wǎng)斷開(kāi)時(shí)，負載電壓不會(huì )有任何變化，采用常規檢測電壓方法，系統無(wú)法判斷電網(wǎng)停電，仍然繼續向負載供電，即產(chǎn)生了孤島效應。

圖6 充電時(shí)電網(wǎng)同步電壓與并網(wǎng)電流波形

圖7 孤島效應發(fā)生機理

對孤島效應的識別有多種方式，可以分為主動(dòng)式和被動(dòng)式兩類(lèi)。一般規定并網(wǎng)逆變電源本機應同時(shí)具有主動(dòng)和被動(dòng)識別能力，以提高孤島效應識別的可靠性，并且要求識別響應時(shí)間應小于1s。主動(dòng)式孤島效應的識別方式有主動(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 結語(yǔ)

采用雙向SPWM逆變整流技術(shù)的蓄電池充放電維護裝置，由于其可以方便地實(shí)現并網(wǎng)充放電電流的正弦波形和高功率因數控制，對電網(wǎng)無(wú)污染，因此是高效節能的綠色電源。系統功率開(kāi)關(guān)器件選用IGBT，其開(kāi)關(guān)工作頻率可以達到20kHz以上，采用專(zhuān)用的DSP數據處理器控制，正弦波形的畸變率很小、噪音很低，系統設計的具有蓄電池聯(lián)網(wǎng)群控智能化充放電的管理功能，可以適應不同電壓等級和類(lèi)型的蓄電池生產(chǎn)和維護。由于該裝置具有良好的控制性能和經(jīng)濟指標，其推廣應用前景良好。