節(jié)能型蓄電池放電檢測(cè)裝置

楊建文 張少尉 盧海云

摘 要：本文介紹了一種新型的單相節(jié)能型蓄電池放電檢測(cè)裝置，并對(duì)其控制電路和控制方法進(jìn)行了研究。電路具有IGBT過(guò)流、過(guò)熱、直流過(guò)壓、輸出交流過(guò)壓、輸出交流欠壓、輸出交流過(guò)流等多種保護(hù)類型。結(jié)果表明，該裝置放電性能良好、對(duì)電網(wǎng)諧波污染小，具有很高的使用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：能量回饋；蓄電池放電；PWM波；諧波

1 前言

現(xiàn)代供電系統(tǒng)中廣泛使用蓄電池作儲(chǔ)能設(shè)備，是不間斷供電的基礎(chǔ)。蓄電池的合理使用和正確維護(hù)是確保直流操作系統(tǒng)和電力通信調(diào)度系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。

目前，放電試驗(yàn)主要采用電阻或者耗能型電子負(fù)載，將蓄電池能量以熱形式消耗掉。這兩種方式存在著耗能和安全等諸多缺陷。節(jié)能型蓄電池放電檢測(cè)裝置就是針對(duì)直流電源蓄電池放電而設(shè)計(jì)制造的高新技術(shù)產(chǎn)品。它基于32位DSP控制、采用先進(jìn)的電力電子技術(shù)、利用有源逆變的方法將蓄電池放出的直流電能變換為交流回饋到電網(wǎng)，放電過(guò)程智能控制，具有放電性能良好、對(duì)電網(wǎng)諧波污染小、使用安全、便捷、自動(dòng)化程度高、可以遠(yuǎn)方監(jiān)控等特點(diǎn)。

2 裝置硬件結(jié)構(gòu)及工作原理

節(jié)能型蓄電池放電檢測(cè)裝置的整體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。主要包括DC/DC直流電流控制器、高頻隔離變壓器、DC/AC有源逆變器和DSP控制電路等。基于DSP的控制電路發(fā)出PWM信號(hào)，將蓄電池放出的電流經(jīng)高頻隔離變壓器進(jìn)行DC/AC變換，然后經(jīng)噪音濾波器并入交流電網(wǎng)，在控制蓄電池按要求放電的同時(shí)實(shí)現(xiàn)電能的回收再利用。

圖2為蓄電池放電裝置的主電路結(jié)構(gòu)，是圖1模塊的內(nèi)部電路。Ed為蓄電池電壓，開(kāi)關(guān)器件M1～M8為IGBT，它的開(kāi)斷由DSP產(chǎn)生的PWM波控制[1]。節(jié)能型蓄電池放電檢測(cè)裝置的原理為蓄電池電壓Ed經(jīng)DC/DC直流電流控制器后，輸送給DC/AC有源逆變器，DC/DC直流電流控制器為升壓電路，將蓄電池電壓變換成DC/AC有源逆變電路前級(jí)所需要的直流電壓，逆變器的后級(jí)輸出電壓則并入電網(wǎng)，它的幅值和相位由硬件和DSP組成的控制系統(tǒng)來(lái)完成。

3 裝置控制電路設(shè)計(jì)

3.1 DSP控制電路

本裝置運(yùn)用了TI公司的TMS320F28335處理芯片作為核心控制CPU，利用DSP高速運(yùn)算速度的特性，集成DSP常用的外圍電路，滿足了節(jié)能型蓄電池放電檢測(cè)裝置穩(wěn)定、高效運(yùn)行的要求。同時(shí)也具有放電性能好、對(duì)電網(wǎng)諧波污染小、使用安全、便捷、自動(dòng)化程度高、可以遠(yuǎn)方監(jiān)控等優(yōu)點(diǎn)。

3.2 DC/DC直流控制器

如圖2所示，DC/DC直流控制器包括開(kāi)關(guān)器件IGBT（Ml～M4）組成的全橋逆變電路、高頻隔離變壓器和D1～D4組成的全橋整流電路。DC/DC直流控制器采用全橋移相軟開(kāi)關(guān)技術(shù)，開(kāi)關(guān)器件IGBT組成的全橋逆變電路首先將直流電壓逆變成高頻交流電壓，通過(guò)高頻變壓器隔離后，再由D1～D4組成的全橋整流電路變換成直流電壓。

3.3 DC/AC有源逆變器

如圖2所示，DC/AC有源逆變器采用全橋拓?fù)?，調(diào)制方式為單極性調(diào)制，逆變器的輸出采用雙電感結(jié)構(gòu)的濾波器。系統(tǒng)的控制算法由DSP實(shí)現(xiàn)，利用軟件完成鎖相技術(shù)，同時(shí)采用PI控制算法進(jìn)行并網(wǎng)電流控制，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量并網(wǎng)電流的輸出。

節(jié)能型蓄電池放電檢測(cè)裝置向電網(wǎng)輸送能量時(shí)，需要考慮并網(wǎng)的電能質(zhì)量，即不僅要保證流入電網(wǎng)的電流為正弦波，還要保證流入電網(wǎng)的電壓相位一致和幅值穩(wěn)定。在DC/AC有源逆變器中，電壓控制采用PI控制?；ジ衅鞑杉降膶?shí)際電壓與給定的電壓比較后，把比較值經(jīng)PI控制器送給DSP控制器。在此同時(shí)，電流傳感器把從電網(wǎng)采集到的信號(hào)送給比較器，比較器輸出的頻率信息送入PLL鎖相電路，PLL鎖相電路和計(jì)數(shù)器把數(shù)據(jù)信息傳送到DSP控制器，DSP控制器對(duì)PI控制器和PLL鎖相器傳送的信息進(jìn)行乘法運(yùn)算后，產(chǎn)生于電源同頻同相的正弦調(diào)制PWM波。由此正弦調(diào)制PWM波控制IGBT（M5～M8）的開(kāi)通關(guān)斷，從而產(chǎn)生我們需要的入網(wǎng)電流信號(hào)。

3.4 IGBT驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

節(jié)能型蓄電池放電檢測(cè)裝置中的開(kāi)關(guān)器件均為IGBT，IGBT的開(kāi)關(guān)特性和性能好壞直接影響著DC/AC有源逆變器輸出電壓的穩(wěn)定與否。因此如何有效的驅(qū)動(dòng)和保護(hù)IGBT也是裝置本身需要研究的重要內(nèi)容。節(jié)能型蓄電池放電檢測(cè)裝置中采用HCPL316J來(lái)驅(qū)動(dòng)IGBT，HCPL316J帶有過(guò)流檢測(cè)電路，可以通過(guò)14管腳來(lái)監(jiān)測(cè)IGBT的集電極電壓，一旦發(fā)生短路則關(guān)斷IGBT進(jìn)行保護(hù)。R7和R8分別為IGBT的門(mén)極開(kāi)通（RG（on））電阻和門(mén)級(jí)關(guān)斷電阻（RG（off）），該電阻阻值越大，開(kāi)關(guān)損耗和驅(qū)動(dòng)脈沖上升下降時(shí)間就會(huì)減少，電阻阻值越小，開(kāi)關(guān)損耗和脈沖上升下降時(shí)間就會(huì)增加。它的大小可通過(guò)公式1來(lái)計(jì)算。

其中RG是門(mén)極電阻；VG（on）正偏壓電源電壓；VG（off）是負(fù)偏壓電源電壓；IG是門(mén)級(jí)驅(qū)動(dòng)電路輸出的峰值電流[3]。

[參考文獻(xiàn)]

[1]王兆安，黃俊.電力電子技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

[2]易映萍.單相正弦波逆變蓄電池并網(wǎng)放電裝置的研制[J].湖南工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2003（4）：11-14.

[3]王占擴(kuò)，樊生文，李正熙，王鵬.基于光耦HCPL316J的大功率IGBT驅(qū)動(dòng)電路研究[J].高頻變壓器，2010.7.