双向SPWM逆变整流蓄电池充放电维护装置

4 系统的控制功能设计

蓄电池充放电维护装置的控制功能设计要考虑用户的使用场合和操作灵活性，本系统控制器的核心芯片采用TI公司的DSP（TMS320LF2407A），由于其专有的SPWM控制功能和高速数据处理能力，使系统能以全数字软件方式实现正弦波并网电流的双向控制，并在实现并网正弦电流波形及减小噪声等方面效果良好。在此基础上，针对蓄电池的充放电控制要求及特点，设计了较为全面的充放电控制和管理模式。其主要功能设计如下。

1）充放电曲线设定可以由用户在本机液晶显示操作面板上设定合适的电压电流充放电数值，以有限数组实现曲线的拟合，控制充放电电流跟踪设定曲线，并最终稳定在蓄电池充放电的上下限电压值上。

2）充放电模式设定设置了放电模式、充电模式和循环自动充放电模式。在充放电模式下，如果系统完成了充放电过程，则自动停机等待并声音提示。在循环自动充放电模式，会根据用户设定的循环充放电次数，自动完成充放电控制，并停机声音提示。

3）上位机的通信控制及管理本机系统设有RS485通信接口，可以实现多机联网通信。本机可以通过现场总线将运行状态及数据传送至上位机，如蓄电池电压、蓄电池电流等；上位机也可以发送控制指令给下位机，如充电电压电流指令、放电电压电流指令等，并可以同时监控和管理多台蓄电池充放电设备，图形显示当前运行参数和历史运行曲线等。

5 系统的故障保护

对于该型的蓄电池充放电维护装置，除了要具备一般的逆变电源保护功能，如交流过流、直流过流、短路、蓄电池过充过放、散热器超温等，特别还应有孤岛效应的防止与保护功能。孤岛效应是指并网型逆变电源在电网断电时，逆变器仍然保持对失压电网中的某一部分线路继续供电的状态，这样电力孤岛效应区域会发生电压和频率不稳定现象，有可能对外部设备造成损坏或发生触电安全事故。图7为孤岛效应的发生机理，正常供电时，开关A闭合，蓄电池逆变电源和电网同时给负载供电。当电网突然停电，即从A处断开，若这时负载阻抗正好与输出电流相匹配，则在电网断开时，负载电压不会有任何变化，采用常规检测电压方法，系统无法判断电网停电，仍然继续向负载供电，即产生了孤岛效应。

图6 充电时电网同步电压与并网电流波形

图7 孤岛效应发生机理

对孤岛效应的识别有多种方式，可以分为主动式和被动式两类。一般规定并网逆变电源本机应同时具有主动和被动识别能力，以提高孤岛效应识别的可靠性，并且要求识别响应时间应小于1s。主动式孤岛效应的识别方式有主动频率偏移、有功功率变动、无功功率变动等。被动式方式有电压相位跳动、三次电压谐波变动、频率变化等。

6 结语

采用双向SPWM逆变整流技术的蓄电池充放电维护装置，由于其可以方便地实现并网充放电电流的正弦波形和高功率因数控制，对电网无污染，因此是高效节能的绿色电源。系统功率开关器件选用IGBT，其开关工作频率可以达到20kHz以上，采用专用的DSP数据处理器控制，正弦波形的畸变率很小、噪音很低，系统设计的具有蓄电池联网群控智能化充放电的管理功能，可以适应不同电压等级和类型的蓄电池生产和维护。由于该装置具有良好的控制性能和经济指标，其推广应用前景良好。