基于PWM技術蓄電池充放電與檢測系統(tǒng)設計

如圖6(a)為單位功率因數整流運行，圖6(b)為單位功率因數逆變運行。由于相電流ia可以實現與電網電壓ua在相位上相差180°運行，因此，可以向電網回饋能量，從而實現能量雙向流動。從以上分析可知，通過設定三相電壓源型PWM雙向變流器的調制波uc，便可以控制三相電壓源型PWM雙向變流器的開關狀態(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)的設計
為了驗證課題所設計的蓄電池充放電裝置的功能，設計了檢測與監(jiān)控系統(tǒng)。軟件的部分界面如圖7所示。

充放電之前，根據不同的蓄電池充放電要求，首先設定電壓范圍與電流范圍，對充放電系統(tǒng)進行保護，以免誤設置使輸出參數超出可控范圍。
蓄電池充放電裝置有兩種運行模式：
(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，為了快速充電，同時延長電池的使用壽命，在一個完整的充電過程中，將整個充電過程分成不同的階段，不同的階段采用不同的運行模式和運行參數，在不同階段之間設置階段轉換條件，當蓄電池充放電裝置的運行狀態(tài)滿足階段轉換條件時，蓄電池充放電裝置可以從當前運行階段變成下一個階段運行。該蓄電池充放電裝置可以將一個充電過程劃分成1～4個運行階段，放電過程劃分為1～2個運行階段。每個階段的運行參數包括：
(1)運行模式。恒流或恒壓。
(2)給定參數。如果運行模式是恒流方式，給定參數為輸出給定電流；如果運行模式是恒壓方式，給定參數為輸出給定電壓。
(3)限制參數。對于電池負載，在恒流條件下，控制系統(tǒng)為滿足設定的輸出電流值，可能導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)為滿足設定的輸出電壓值，可能導致輸出電流超過電池的最大電流限制。為了解決這個問題，在蓄電池充放電裝置的控制系統(tǒng)中，有一個限制輸出部分。在恒流狀態(tài)下，限制輸出部分會對輸出電壓和設定的最大限制電壓進行比較，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)下限制參數與其類似。采用以上措施的目的，就是為了保護電池，防止電池在充電過程中受到損傷。所以在每個階段的運行參數中包括一個限制輸出值。若運行模式是恒流，限制輸出值為最大輸出電壓。若運行模式是恒壓，限制輸出值為最大輸出電流。
(4)停止參數。停止參數的含義是當蓄電池充放電裝置的實際運行狀態(tài)滿足設定的停止參數，自動轉入下一個階段運行，若當前運行的是最后一個階段，控制系統(tǒng)會關閉蓄電池充放電裝置。下面以恒流模式說明停止參數的含義；當運行模式是恒流，用戶可以選擇的停止條件有輸出電壓或運行時間兩種。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到設定的停止輸出電壓值時，系統(tǒng)結束本階段的運行，轉入下一階段運行；若用戶選擇的停止條件是運行時間，若本階段的運行時間等于設定的停止時間，系統(tǒng)結束本階段的運行，轉入下一階段運行。
把運行模式和停止條件組合起來，蓄電池充放電裝置可以有4種運行模式：恒流限壓、恒流定時、恒壓恨流、恒壓定時。同時除上述參數的設置以外，系統(tǒng)還可以實現循環(huán)充放電，可以選擇循環(huán)起始點和終止點，以及充放電次數。

5 結語
本文所設計的蓄電池充電裝置設計的蓄電池充放電裝置技術參數為：
蓄電池側：額定功率15 kVA，額定電壓DC110 V。其中，充電時電壓變化范圍為60～160 V，放電時電壓變化范圍為75～160 V；充電時額定電流為65 A，放電時額定電流為130 A。
交流側：三相交流(380±76)V，網側電流符合相關標準要求，功率因數高于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)裝置的電能浪費問題，把90％的試驗能耗回饋電網，實現了能量雙向流動，采用SPWM調制方式可使網側電流正弦化，功率因數高，能夠實現充放電功率的靈活調節(jié)。放電功率的可控性簡化了操作人員的工作，同時也提高了數據的可靠性與設備的安全性。