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的使用場合和操作靈活性，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現正弦波并網電流的雙向控制，并在實現并網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，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）充放電曲線設定可以由用戶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，以有限數組實現曲線的擬合，控制充放電電流跟蹤設定曲線，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、充電模式和循環自動充放電模式。在充放電模式下，如果系統完成了充放電過程，則自動停機等待并聲音提示。在循環自動充放電模式，會根據用戶設定的循環充放電次數，自動完成充放電控制，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，可以實現多機聯網通信。本機可以通過現場總線將運行狀態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，如交流過流、直流過流、短路、蓄電池過充過放、散熱器超溫等，特別還應有孤島效應的防止與保護功能。孤島效應是指并網型逆變電源在電網斷電時，逆變器仍然保持對失壓電網中的某一部分線路繼續供電的狀態，這樣電力孤島效應區域會發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生觸電安全事故。圖7為孤島效應的發生機理，正常供電時，開關A閉合，蓄電池逆變電源和電網同時給負載供電。當電網突然停電，即從A處斷開，若這時負載阻抗正好與輸出電流相匹配，則在電網斷開時，負載電壓不會有任何變化，采用常規檢測電壓方法，系統無法判斷電網停電，仍然繼續向負載供電，即產生了孤島效應。

圖6 充電時電網同步電壓與并網電流波形

圖7 孤島效應發生機理

對孤島效應的識別有多種方式，可以分為主動式和被動式兩類。一般規定并網逆變電源本機應同時具有主動和被動識別能力，以提高孤島效應識別的可靠性，并且要求識別響應時間應小于1s。主動式孤島效應的識別方式有主動頻率偏移、有功功率變動、無功功率變動等。被動式方式有電壓相位跳動、三次電壓諧波變動、頻率變化等。

6 結語

采用雙向SPWM逆變整流技術的蓄電池充放電維護裝置，由于其可以方便地實現并網充放電電流的正弦波形和高功率因數控制，對電網無污染，因此是高效節能的綠色電源。系統功率開關器件選用IGBT，其開關工作頻率可以達到20kHz以上，采用專用的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網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型的蓄電池生產和維護。由于該裝置具有良好的控制性能和經濟指標，其推廣應用前景良好。