节能型蓄电池放电检测装置

杨建文 张少尉 卢海云

摘 要：本文介绍了一种新型的单相节能型蓄电池放电检测装置，并对其控制电路和控制方法进行了研究。电路具有IGBT过流、过热、直流过压、输出交流过压、输出交流欠压、输出交流过流等多种保护类型。结果表明，该装置放电性能良好、对电网谐波污染小，具有很高的使用价值。

关键词：能量回馈；蓄电池放电；PWM波；谐波

1 前言

现代供电系统中广泛使用蓄电池作储能设备，是不间断供电的基础。蓄电池的合理使用和正确维护是确保直流操作系统和电力通信调度系统长期稳定运行的关键。

目前，放电试验主要采用电阻或者耗能型电子负载，将蓄电池能量以热形式消耗掉。这两种方式存在着耗能和安全等诸多缺陷。节能型蓄电池放电检测装置就是针对直流电源蓄电池放电而设计制造的高新技术产品。它基于32位DSP控制、采用先进的电力电子技术、利用有源逆变的方法将蓄电池放出的直流电能变换为交流回馈到电网，放电过程智能控制，具有放电性能良好、对电网谐波污染小、使用安全、便捷、自动化程度高、可以远方监控等特点。

2 装置硬件结构及工作原理

节能型蓄电池放电检测装置的整体结构框图如图1所示。主要包括DC/DC直流电流控制器、高频隔离变压器、DC/AC有源逆变器和DSP控制电路等。基于DSP的控制电路发出PWM信号，将蓄电池放出的电流经高频隔离变压器进行DC/AC变换，然后经噪音滤波器并入交流电网，在控制蓄电池按要求放电的同时实现电能的回收再利用。

图2为蓄电池放电装置的主电路结构，是图1模块的内部电路。Ed为蓄电池电压，开关器件M1～M8为IGBT，它的开断由DSP产生的PWM波控制[1]。节能型蓄电池放电检测装置的原理为蓄电池电压Ed经DC/DC直流电流控制器后，输送给DC/AC有源逆变器，DC/DC直流电流控制器为升压电路，将蓄电池电压变换成DC/AC有源逆变电路前级所需要的直流电压，逆变器的后级输出电压则并入电网，它的幅值和相位由硬件和DSP组成的控制系统来完成。

3 装置控制电路设计

3.1 DSP控制电路

本装置运用了TI公司的TMS320F28335处理芯片作为核心控制CPU，利用DSP高速运算速度的特性，集成DSP常用的外围电路，满足了节能型蓄电池放电检测装置稳定、高效运行的要求。同时也具有放电性能好、对电网谐波污染小、使用安全、便捷、自动化程度高、可以远方监控等优点。

3.2 DC/DC直流控制器

如图2所示，DC/DC直流控制器包括开关器件IGBT（Ml～M4）组成的全桥逆变电路、高频隔离变压器和D1～D4组成的全桥整流电路。DC/DC直流控制器采用全桥移相软开关技术，开关器件IGBT组成的全桥逆变电路首先将直流电压逆变成高频交流电压，通过高频变压器隔离后，再由D1～D4组成的全桥整流电路变换成直流电压。

3.3 DC/AC有源逆变器

如图2所示，DC/AC有源逆变器采用全桥拓扑，调制方式为单极性调制，逆变器的输出采用双电感结构的滤波器。系统的控制算法由DSP实现，利用软件完成锁相技术，同时采用PI控制算法进行并网电流控制，实现高质量并网电流的输出。

节能型蓄电池放电检测装置向电网输送能量时，需要考虑并网的电能质量，即不仅要保证流入电网的电流为正弦波，还要保证流入电网的电压相位一致和幅值稳定。在DC/AC有源逆变器中，电压控制采用PI控制。互感器采集到的实际电压与给定的电压比较后，把比较值经PI控制器送给DSP控制器。在此同时，电流传感器把从电网采集到的信号送给比较器，比较器输出的频率信息送入PLL锁相电路，PLL锁相电路和计数器把数据信息传送到DSP控制器，DSP控制器对PI控制器和PLL锁相器传送的信息进行乘法运算后，产生于电源同频同相的正弦调制PWM波。由此正弦调制PWM波控制IGBT（M5～M8）的开通关断，从而产生我们需要的入网电流信号。

3.4 IGBT驱动电路设计

节能型蓄电池放电检测装置中的开关器件均为IGBT，IGBT的开关特性和性能好坏直接影响着DC/AC有源逆变器输出电压的稳定与否。因此如何有效的驱动和保护IGBT也是装置本身需要研究的重要内容。节能型蓄电池放电检测装置中采用HCPL316J来驱动IGBT，HCPL316J带有过流检测电路，可以通过14管脚来监测IGBT的集电极电压，一旦发生短路则关断IGBT进行保护。R7和R8分别为IGBT的门极开通（RG（on））电阻和门级关断电阻（RG（off）），该电阻阻值越大，开关损耗和驱动脉冲上升下降时间就会减少，电阻阻值越小，开关损耗和脉冲上升下降时间就会增加。它的大小可通过公式1来计算。

其中RG是門极电阻；VG（on）正偏压电源电压；VG（off）是负偏压电源电压；IG是门级驱动电路输出的峰值电流[3]。

[参考文献]

[1]王兆安，黄俊.电力电子技术.北京：机械工业出版社，2000.

[2]易映萍.单相正弦波逆变蓄电池并网放电装置的研制[J].湖南工程学院学报，2003（4）：11-14.

[3]王占扩，樊生文，李正熙，王鹏.基于光耦HCPL316J的大功率IGBT驱动电路研究[J].高频变压器，2010.7.