作者：周永鵬　韋萌

1 引言

在蓄電池生產(chǎn)過程中，為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，常需對成品蓄電池進行幾次充放電處理。傳統(tǒng)充放電設(shè)備通常采用晶閘管作為整流逆變功率器件。裝置比較復(fù)雜，交流輸入、輸出的功率因數(shù)較低。對電網(wǎng)的諧波污染也比較大。為此，設(shè)計了一種三相SPWM整流逆變蓄電池充放電裝置。它采用IGBT作為功率變換器件。交流側(cè)以精密鎖相的正弦波電流實現(xiàn)電能變換�？色@接近于1的功率因數(shù)，實現(xiàn)對蓄電池的充放電處理，顯著降低了對電網(wǎng)的諧波污染，滿足了綠色環(huán)保和節(jié)能的設(shè)計要求。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理

圖1示出設(shè)計的蓄電池生產(chǎn)用充放電控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)[1]。該系統(tǒng)從原理上可劃分為SPWM雙向逆變和DC／DC變換充放電兩個子系統(tǒng)。前者，在蓄電池充電時，通過三相PFC升壓控制實現(xiàn)AC／DC變換。將交流電網(wǎng)電壓轉(zhuǎn)換成蓄電池充電所需的直流電壓；在蓄電池放電時，通過三相PFC恒壓逆變控制實現(xiàn)DC／AC變換，將蓄電池釋放的能量回饋電網(wǎng)。后者，完成逆變直流電能與蓄電池電能的轉(zhuǎn)換，以保證蓄電池充放電過程中所要求的電流、電壓和時間的控制。各子系統(tǒng)采用單獨的DSP管理，DSP部分以模板化直插結(jié)構(gòu)直接插入工控機的主板，工控機承擔(dān)整個系統(tǒng)的監(jiān)控管理。系統(tǒng)由1個逆變子系統(tǒng)和n個(實驗樣機設(shè)計為15個)充放電子系統(tǒng)組成。系統(tǒng)工作時，可通過工控機編組，使后路蓄電池工作于充電狀態(tài)；n-k路工作于放電狀態(tài)，這樣蓄電池能量就可直接在系統(tǒng)內(nèi)部進行交換，從而顯著提高了節(jié)能效果。圖2示出三相SPWM雙向逆變電路采用的典型電壓型結(jié)構(gòu)主電路[2]。

三相反饋電流iuf，ivf，iwf用于跟蹤由DSP產(chǎn)生的電流給定信號，從而控制直流端電壓Ud的穩(wěn)定；Ud的反饋電壓Ut的值經(jīng)DSP采樣后通過電壓調(diào)節(jié)得到作用于電流內(nèi)環(huán)的電流給定值。

圖3示出單相PWM整流電路的相量圖[2]。雖然該系統(tǒng)采用的是三相PWM整流電路．但其工作原理與單相電路相似，只是從單相擴展到三相。對電路進行SPWM控制，在橋的交流輸入端A，B，C可得到三相橋臂的SPWM電壓uiu，uiv，uiw。對其各相按圖3的相量圖進行控制，就可使各相電流iu，iv，iw為正弦波。且與電壓同相位，功率因數(shù)近似為1。

由此可知，控制uiu的大小和相位δ即可控制電流的大小和流向，從而控制功率的大小和方向。通過對Ud的恒壓控制，實現(xiàn)逆變器的功率流向，從而實現(xiàn)能量的自動雙向流動。

3 電壓控制器的設(shè)計

圖4示出AD／DC逆變控制框圖。該系統(tǒng)采用電壓、電流雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)，其電壓控制對象為直流量；電流控制對象為交流量。電壓外環(huán)采用數(shù)字算法予以實現(xiàn)；電流內(nèi)環(huán)采用模擬電路予以實現(xiàn)，以確�？焖龠M行電流控制，提高系統(tǒng)工作的可靠性。同時，為了使誤差電流與給定相位保持一致。電流調(diào)節(jié)器采用比例控制。

蓄電池充電時，輸出電壓Ud低于給定值Ud*，則電壓調(diào)節(jié)器輸出正的uc，輸入電壓Uin經(jīng)過一個比例因子Ku后得到一個與Uin同相的單位正弦us，uc與us的乘積作為給定電流i*，與Uin同相，控制i跟隨i*，則能量就以單位功率因數(shù)從電網(wǎng)流向蓄電池。此時，變流器工作在整流狀態(tài)。蓄電池放電時，Ud高于Ud*，則uc為負(fù)值，uc與us相乘得到與Uin反向的給定電流i*，控制i跟隨i*，能量就能以單位功率因數(shù)從蓄電池流向電網(wǎng)。此時，變流器工作在逆變狀態(tài)。電壓外環(huán)產(chǎn)生輸入給定電流i*，其幅值表明了功率的大��；符號決定了功率的流向；相位決定了能量傳遞的功率因數(shù)。電流內(nèi)環(huán)使輸入電流跟蹤給定，從而實現(xiàn)可逆的單位功率因數(shù)變換。

系統(tǒng)采用TMS320LF2407A DSP作為主處理器，因其有豐富的外設(shè)和較高的運算速度。由此可實現(xiàn)較復(fù)雜的控制及高精度的數(shù)據(jù)處理。在此，通過對PI控制、IP控制和變速積分PI控制三種電壓調(diào)節(jié)器算法的實驗得出其優(yōu)劣，從而選擇最適合該系統(tǒng)的控制算法進行電壓調(diào)節(jié)。

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