基于PWM技術蓄電池充放電與檢測系統設計

摘要：為解決傳統蓄電池充放電裝置功率因數低、高諧波污染等不足，針對電力機車用15 kVA蓄電池，設計了基于PWM整流逆變技術的蓄電池充放電裝置與檢測監控系統。裝置用作充電電源時，采用電流雙閉環控制系統，實現分階段恒流模式或恒壓模式充電；用作蓄電池放電試驗的負載時，將能量回饋電網，通過SPWM調制可實現放電功率的靈活調控。試驗及檢測結果表明該裝置具有能量雙向流動、網側電流正弦化、功率因數高、功率靈活調控的特點。
關鍵詞：脈沖寬度調制；蓄電池充放電裝置；蓄電池檢測系統；三相PWM整流器

0 引言
電力機車用蓄電池承擔著機車升弓前為輔助系統供電的任務，蓄電池的質量顯得至關重要。目前電力機車用蓄電池充放電裝置大多使用傳統的相控整流充電技術，雖然技術成熟、價格低廉，但調節周期長、動態響應慢、功率因數低，諧波污染也比較大，易造成對電網的污染。為保證質量，電力機車用蓄電池在出廠前需要進行老化試驗。目前的出廠測試老化試驗大多使用水泥電阻等能耗型負載充當被試電源產品的負載。能耗型負載雖然成本低廉，但能量被白白消耗掉，會造成電能的大量浪費。
本文研究了一種基于PWM逆變整流的新型蓄電池充放電裝置，能耗低，功率因數大，能實現恒流或恒壓充放電以及實現負載大小靈活調節，并能將試驗過程中的能量反饋回電網，實現了能源的再利用。

1 蓄電池恒流／恒壓充放電裝置原理
本文蓄電池充放電裝置采用以電壓型脈沖整流器為核心的方案。PWM控制方式能方便地實現能量的雙向流動，根據電網的不同，可以采用單相或三相PWM脈沖整流器。系統原理如圖1所示。

和實際直流電壓Vdc比較后的誤差信號送入P1調節器，PI調節器的輸出即為主電路交流輸入參考電流的幅值，比較得到電流誤差后，對電流誤差進行PI調節，用以減緩電流在動態過程中的突變。然后再與輸入電壓的空間矢量進行比較控制，最后通過SPWM調制算法即可生成相應6路驅動脈沖控制三相整流橋IGBT的通斷，間接地控制網側電流，實現網側功率因素的調節。