能量雙向流動(dòng)的蓄電池充放電系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著能源短缺和環(huán)境污染問題的加劇，儲(chǔ)能電站、電動(dòng)汽車以及新能源的應(yīng)用逐漸增大，蓄電池開始被大量應(yīng)用。因此在蓄電池的使用過程中，需要大量的充電裝置，且蓄電池在使用前，需要對(duì)其進(jìn)行多次充放電測(cè)試，這就需要高性能及對(duì)電網(wǎng)無污染的蓄電池充放電裝置。目前使用最廣泛的大功率蓄電池充電裝置是通過晶閘管的相控整流來實(shí)現(xiàn)的，這種裝置交流側(cè)電流波形畸變嚴(yán)重、功率因數(shù)低，嚴(yán)重污染電網(wǎng)，且自動(dòng)化程度低、操作復(fù)雜、易出現(xiàn)故障，可靠性不高;放電裝置則通常是經(jīng)過一級(jí)

2、電能變換裝置，將電能通過電阻以熱能的形式消耗掉，從而造成極大的能源浪費(fèi)。本文針對(duì)現(xiàn)有蓄電池充放電裝置存在的問題，研究了一種能量可以雙向流動(dòng)的充放電裝置。文章主要工作總結(jié)如下:
　　(1)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選擇及充放電控制策略的研究
　　通過分析能量雙向流動(dòng)充放電裝置的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，前級(jí)采用三相PWM整流器，可將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，也可將直流電逆變回饋到電網(wǎng)中，并且能保證電流諧波畸變率（Total Harmonics Distorti

3、on，THD）小，減少其對(duì)電網(wǎng)引入的無功電流。后級(jí)采用Buck-Boost雙向DC/DC變換器，可將PWM整流器輸出的高電壓進(jìn)行降壓給蓄電池充電，也可以將蓄電池電壓升高再通過PWM整流器將能量回饋到電網(wǎng)。既可以實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池放電。根據(jù)蓄電池充放電方式研究了前后兩級(jí)的聯(lián)合控制策略，實(shí)現(xiàn)蓄電池的恒壓或恒流充電以及放電控制。
　　(2)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立及控制算法的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
　　建立三相PWM整流器在同

4、步旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型，設(shè)計(jì)了基于單同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的三相鎖相環(huán)，保證了對(duì)電網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)的準(zhǔn)確控制。對(duì)基于電流前饋解耦的控制算法進(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)三相PWM整流器有功電流和無功電流的獨(dú)立控制。利用狀態(tài)空間平均法建立了Buck-Boost變換器的數(shù)學(xué)模型，設(shè)計(jì)了PID控制器參數(shù)，使系統(tǒng)符合蓄電池充放電時(shí)電流電壓的紋波要求。
　　(3)系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)
　　對(duì)系統(tǒng)硬件電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要有:PWM整流主電路、Buck-Boost變換

5、器主電路、電流電壓檢測(cè)電路、驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路等，計(jì)算了系統(tǒng)主電路中關(guān)鍵元器件參數(shù)。利用CCS軟件編寫了軟件程序，實(shí)現(xiàn)了各控制算法，結(jié)合系統(tǒng)硬件電路搭建了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
　　(4)仿真與實(shí)驗(yàn)測(cè)試
　　利用PLECS仿真軟件搭建了系統(tǒng)前后兩級(jí)變換器的模型，分別對(duì)設(shè)計(jì)的控制算法做了仿真，驗(yàn)證了核心控制算法的正確性。利用搭建的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試，仿真和試驗(yàn)結(jié)果均表明:系統(tǒng)無論在充電還是放電時(shí)均可以保證其交流側(cè)電流功率因數(shù)為0.97（