基于PWM技术蓄电池充放电与检测系统设计

如图6(a)为单位功率因数整流运行，图6(b)为单位功率因数逆变运行。由于相电流ia可以实现与电网电压ua在相位上相差180°运行，因此，可以向电网回馈能量，从而实现能量双向流动。从以上分析可知，通过设定三相电压源型PWM双向变流器的调制波uc，便可以控制三相电压源型PWM双向变流器的开关状态，从而使得输入电流按给定规律变化。

4 蓄电池充放电装置检测监控系统的设计
为了验证课题所设计的蓄电池充放电装置的功能，设计了检测与监控系统。软件的部分界面如图7所示。

充放电之前，根据不同的蓄电池充放电要求，首先设定电压范围与电流范围，对充放电系统进行保护，以免误设置使输出参数超出可控范围。
蓄电池充放电装置有两种运行模式：
(1)恒流模式。恒流模式是以输出电流作为反馈量，控制系统保持蓄电池充放电装置输出电流恒定；
(2)恒压模式。恒压模式是以输出电压作为反馈量，控制系统保持蓄电池充放电装置输出电压恒定。
在蓄电池充电时，为了快速充电，同时延长电池的使用寿命，在一个完整的充电过程中，将整个充电过程分成不同的阶段，不同的阶段采用不同的运行模式和运行参数，在不同阶段之间设置阶段转换条件，当蓄电池充放电装置的运行状态满足阶段转换条件时，蓄电池充放电装置可以从当前运行阶段变成下一个阶段运行。该蓄电池充放电装置可以将一个充电过程划分成1～4个运行阶段，放电过程划分为1～2个运行阶段。每个阶段的运行参数包括：
(1)运行模式。恒流或恒压。
(2)给定参数。如果运行模式是恒流方式，给定参数为输出给定电流；如果运行模式是恒压方式，给定参数为输出给定电压。
(3)限制参数。对于电池负载，在恒流条件下，控制系统为满足设定的输出电流值，可能导致输出电压超过电池组的最大电压限制。在恒压条件下，控制系统为满足设定的输出电压值，可能导致输出电流超过电池的最大电流限制。为了解决这个问题，在蓄电池充放电装置的控制系统中，有一个限制输出部分。在恒流状态下，限制输出部分会对输出电压和设定的最大限制电压进行比较，若输出电压小于最大限制电压，控制系统保持输出电流等于给定电流，若输出电压大于最大限制电压，控制系统将不再保持输出电流等于给定电流，而是保证输出电压小于最大限制电压；恒压状态下限制参数与其类似。采用以上措施的目的，就是为了保护电池，防止电池在充电过程中受到损伤。所以在每个阶段的运行参数中包括一个限制输出值。若运行模式是恒流，限制输出值为最大输出电压。若运行模式是恒压，限制输出值为最大输出电流。
(4)停止参数。停止参数的含义是当蓄电池充放电装置的实际运行状态满足设定的停止参数，自动转入下一个阶段运行，若当前运行的是最后一个阶段，控制系统会关闭蓄电池充放电装置。下面以恒流模式说明停止参数的含义；当运行模式是恒流，用户可以选择的停止条件有输出电压或运行时间两种。若用户选择停止条件是输出电压，在恒流充电过程中电池电压上达到设定的停止输出电压值时，系统结束本阶段的运行，转入下一阶段运行；若用户选择的停止条件是运行时间，若本阶段的运行时间等于设定的停止时间，系统结束本阶段的运行，转入下一阶段运行。
把运行模式和停止条件组合起来，蓄电池充放电装置可以有4种运行模式：恒流限压、恒流定时、恒压恨流、恒压定时。同时除上述参数的设置以外，系统还可以实现循环充放电，可以选择循环起始点和终止点，以及充放电次数。

5 结语
本文所设计的蓄电池充电装置设计的蓄电池充放电装置技术参数为：
蓄电池侧：额定功率15 kVA，额定电压DC110 V。其中，充电时电压变化范围为60～160 V，放电时电压变化范围为75～160 V；充电时额定电流为65 A，放电时额定电流为130 A。
交流侧：三相交流(380±76)V，网侧电流符合相关标准要求，功率因数高于0．95，电流畸变小于5％；
基于PWM整流的双向蓄电池充放电装置解决了传统装置的电能浪费问题，把90％的试验能耗回馈电网，实现了能量双向流动，采用SPWM调制方式可使网侧电流正弦化，功率因数高，能够实现充放电功率的灵活调节。放电功率的可控性简化了操作人员的工作，同时也提高了数据的可靠性与设备的安全性。