双向SPWM逆变整流蓄电池充放电维护装置

V_B^＊为蓄电池充放电电压指令值，V_B为蓄电池实际反馈电压，V_T为电压调节器，其输出为充放电电流指令值I_B^＊，I_B为实际充放电直流电流，LT₁为直流电流调节器，LT₁的输出I_M^＊作为并网电流的幅值给定，其正负就决定了是放电还是充电，即其逆变器并网电流与电网电压是同相还是反相。TB为同步电压变换器，I_M^＊与同步变换器输出U_AK^＊的乘积为I_a^＊，I_a^＊再作为并网交流电流的给定，经LT₂电流调节器实现并网电流Ia的跟踪控制，也即指令电流I_a^＊与电网的对应相位是相同还是相反。做为另外两相电流给定值I_b^＊及I_c^＊的控制与I_a^＊的控制方式相同，直流电压调节器VT和直流电流调节器LT₁不变。

由于系统存在三闭环控制，各调节器的控制参数设定对系统稳定性和快速性有较大影响，各调节器参数应合理优化设计，以保证系统的充放电电压和电流的稳定。

为了实现蓄电池充放电曲线的控制，在充放电过程中，可以设定V_B^＊和VT调节器的输出限幅I_Bmax^＊，在不同的充放电电压区域，由于VT调节器开始时一般是处于饱和状态，其输出处于限幅值，所以充放电电流跟踪I_Bmax^＊，当蓄电池电压达到某点设定电压值时，再次修改VT调节器输出限幅即可。在充放电的最后阶段，VT调节器会自动进入退饱和调节，并控制蓄电池充放电电压满足设定要求。

3 交流电流的内环跟踪控制

双向SPWM整流逆变控制技术的关键在于交流电流内环的电流跟踪控制，电流跟踪控制的方式有多种，如电流滞环比较控制、SPWM异步闭环电流控制、电流数字预估控制、电压矢量运算控制等。

3.1 电流滞环比较控制

滞环PWM电流控制是一种较为传统的控制方法，其结构如图3所示，DP为上下桥臂驱动电路，KH为滞环比较器。滞环比较方式的特点是采用硬件电路比较，电路结构简单，稳定性好，电流控制的响应很快，误差可控，但输出电流的谐波较多，电磁噪声较大。

图3 滞环PWM电流控制

3.2 SPWM异步闭环电流控制

SPWM异步电流闭环跟踪控制是一种控制简单且稳定性能较好的方式，由于它具有固定的开关频率，因此有利于滤波电路的设计，也有利于限制电路的开关损耗，同时有利于降低噪声。该种电流控制方式具有稳定性好、响应速度快、噪声小、谐波低等特点。本文采用的方式如图4所示，电流偏差通过PI比例积分调节后与三角载波比较，由于电流给定I_a^＊为正弦波，当控制内环稳定时，其PI调节器输出也会为正弦波，其比较输出为等效的SPWM脉冲序列,该脉冲序列经DP驱动电路分别驱动上下桥臂IGBT模块，使电流形成负反馈控制。图5为采用该电流控制方式的并网电流跟踪实验波形，由图5中电网同步电压与电流波形可知，实际电流跟踪效果良好，由于正弦电流控制采用的是PI调节，因此，实际并网正弦电流的跟踪与指令电流存在相位和幅值的误差，为此在软件上须进行误差补偿，以消除实际电流与电网电压的相位误差，提高并网功率因数。

图4 SPWM异步闭环电流控制

图5 放电时电网同步电压与并网电流波形