專利名稱：一種大容量可逆充放電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種蓄電池組充放電裝置，具體而言是一種大容量可逆充放電裝置。
背景技術(shù)：
目前，我國艦船的蓄電池 充電裝置由傳統(tǒng)的機組型直流電源，逐步被電力電子的直流開關(guān)電源取代，隨著國防裝備自動化水平的提高，艦船蓄電池充電裝置也有長足的發(fā)展。艦船蓄電池充放電裝置現(xiàn)狀如下
I.艦船蓄電池充放電裝置，一般由直流開關(guān)電源作為充電裝置，電阻負(fù)載作為放電裝置，放電能量不回收而浪費，這在小型艦船上矛盾還不突出，然而在中、大型艦船上將是不容忽視的損失。2.艦船蓄電池充放電裝置的充電方式和維護(hù)保養(yǎng)上也僅限于恒流、恒壓、浮充、快充和放電的常規(guī)模式，蓄電池的充放電和維護(hù)保養(yǎng)不能處于自身的優(yōu)化工作狀態(tài)。這降低了蓄電池充放電和維護(hù)保養(yǎng)的效率和壽命，從而極大的降低了艦船機電系統(tǒng)的綜合能力。3.艦船蓄電池充放電裝置到目前為止還未曾有對蓄電池的容量進(jìn)行監(jiān)測，而蓄電池的容量的檢測將最有效反映蓄電池性能和運行情況，同時也是艦船戰(zhàn)備的重要數(shù)據(jù)，因此應(yīng)該對上述關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行檢測。由此所見，提高艦船生命力和作戰(zhàn)性能的艦船可逆蓄電池充放電裝置顯得尤為迫切和重要。在大型艦船的蓄電池充放電裝置中實現(xiàn)高功率因數(shù)、低諧波、高效率以及充放電一體、能量可逆回收，同時在智能充放電、可靠性和生命力保障的實時在線評估等功能是蓄電池充放電裝置亟待解決的問題和發(fā)展的方向。主要有
(1).在充放電電源方面，采用具備SVPWM技術(shù)的可逆整流大容量開關(guān)電源作為充放電電源，其特點是充放電一體的主電路既是充電電路，也是放電逆變能量回收回路，使設(shè)備緊湊、提高器件使用率，在實現(xiàn)常規(guī)充放電的同時也能提供脈沖充放電功能。(2).采用具備SVPWM技術(shù)實現(xiàn)高功率因數(shù)、高效率同時極大地改善和降低了諧波成份，采用電壓電流的雙閉環(huán)既保證了充放電恒流、恒壓控制穩(wěn)態(tài)精度，也有很好的動態(tài)響應(yīng)性能。(3).在蓄電池檢測方面，采用分布自治傳感網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)單格蓄電池的電壓、溫度、內(nèi)阻檢測，更好地反應(yīng)蓄電池健康狀況。(4).結(jié)合單格蓄電池檢測的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)蓄電池處于自身優(yōu)化工作狀態(tài)的智能化充放電方式，和提供裝置可靠性和生命力保障的實時在線評估成為可能。(5).在設(shè)計上充分體現(xiàn)模塊化、智能化，以便系統(tǒng)靈活組態(tài)。針對大型艦船蓄電池充放電裝置的需求，研制出一種實現(xiàn)可逆蓄電池充放電裝置集充、放電功能于一體，既可作為蓄電池的整流充電電源，實現(xiàn)對蓄電池恒流、恒壓充電，又可作為蓄電池放電的逆變電源，把蓄電池深度放電時的能量回饋到電網(wǎng)。并且在蓄電池充、放電的過程中，均可以實現(xiàn)網(wǎng)側(cè)電流的正弦化和高功率因數(shù)、低諧波污染，節(jié)能效果顯著，其對提高裝備的使用效益具有充分的現(xiàn)實意義和推廣應(yīng)用的價值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決背景技術(shù)中所提到的技術(shù)問題，提供一種大容量酸性免維護(hù)的可逆充放電裝置。為了實現(xiàn)上述的技術(shù)目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
一種大容量可逆充放電裝置，其特征在于本裝置包括可逆蓄電充放電單元、數(shù)據(jù)顯控單元、絕緣檢測單元、蓄電池組，蓄電池檢測單元以及上位機，所述可逆蓄電充放電單元依次包括變壓器、SVPWM可逆三相整流逆變橋、DSP數(shù)據(jù)控制器以及用作充放電模式轉(zhuǎn)換的雙向DC/DC變換模塊，所述可逆蓄電充放電單元從高壓系統(tǒng)母線接出，可逆蓄電充放電單元的輸出端連接蓄電池組，數(shù)據(jù)顯控單元分別與可逆蓄電充放電單元、絕緣檢測單元以及蓄電池檢測單元數(shù)據(jù)連接，蓄電池檢測單元與蓄電池組數(shù)據(jù)連接，絕緣檢測單元連向可逆蓄電充放電單元的輸出端。本裝置還設(shè)有次可逆蓄電充放電單元、次蓄電池組以及次蓄電池檢測單元，所述·次可逆蓄電充放電單元、次蓄電池組以及次蓄電池檢測單元與可逆蓄電充放電單元、蓄電池組以及蓄電池檢測單元結(jié)構(gòu)相同，所述可逆蓄電充放電單元先連向內(nèi)部母線，再通過開關(guān)K4連向蓄電池組，所述次可逆蓄電充放電單元從高壓母線接出，次可逆蓄電充放電單元的輸出端先連向內(nèi)部母線，再通過開關(guān)K6連向次蓄電池組，可逆蓄電充放電單元與次可逆蓄電充放電單元之間的內(nèi)部母線段上設(shè)有開關(guān)K5，所述次蓄電池檢測單元與次蓄電池組數(shù)據(jù)連接，所述數(shù)據(jù)顯控單元和絕緣檢測單元以同樣方式同時與次可逆蓄電充放電單元和次蓄電池檢測單元數(shù)據(jù)連接。所述雙向DC/DC變換模塊主要包括充電IGBT、放電IGBT、電感L2以及電壓檢測支路，所述SVPWM可逆三相整流逆變橋的正輸出端串聯(lián)充電IGBT，SVPWM可逆三相整流逆變橋的輸出端再并聯(lián)放電IGBT，然后其輸出端再并聯(lián)電壓檢測支路，雙向DC/DC變換模塊的正輸出末端串聯(lián)電感L2到蓄電池組，雙向DC/DC變換模塊的負(fù)輸出末端串聯(lián)電流傳感器到蓄電池組。所述SVPWM可逆三相整流逆變橋由6個IGBT兩兩并聯(lián)組成，所述變壓器的三相輸出端分別經(jīng)過電感L1接入兩個IGBT之間的節(jié)點，所述SVPWM可逆三相整流逆變橋的輸出端先并聯(lián)一個大容量電容C，再并聯(lián)次電壓檢測支路，所述DSP數(shù)據(jù)控制器分別檢測變壓器輸出端、電壓檢測支路、次電壓檢測支路以及電流傳感器的信號，DSP數(shù)據(jù)控制器控制分別控制SVPWM可逆三相整流逆變橋、充電IGBT以及放電IGBT動作。所述DSP數(shù)據(jù)控制器通過CAN總線分別與上位機和數(shù)據(jù)顯控單元相連，數(shù)據(jù)顯控單元與蓄電池檢測單元和絕緣檢測單元數(shù)據(jù)連接。所述電壓檢測支路和次電壓檢測支路都是由一個電阻和一個電壓傳感器串聯(lián)而成。所述數(shù)據(jù)顯控單元采用嵌入式觸摸監(jiān)控平板電腦，所述絕緣檢測單元采用500V絕緣等級交直流在線絕緣監(jiān)測報警器，所述蓄電池檢測單元采用防爆本安級分布式蓄電池在線檢測裝置。本發(fā)明有益效果為本發(fā)明采用加入了可逆蓄電充放電單元，使得本裝置的能量可逆充放電為一體，既可整流充電，也可放電逆變與主電網(wǎng)并網(wǎng)運行；同時設(shè)置的2只充放電單元既可獨立運行，也可并聯(lián)運行，裝置配備數(shù)據(jù)顯示監(jiān)控單元，實現(xiàn)人機交互；同時裝置具有安全性多重保護(hù)措施逆變并網(wǎng)反“孤島”檢測脫網(wǎng)保護(hù)、進(jìn)線缺相保護(hù)、交流網(wǎng)側(cè)電流檢測與過流、短路保護(hù)、直流輸出電壓檢測與欠壓/過壓保護(hù)、直流輸出電流檢測與過流保護(hù)、絕緣電阻檢測與保護(hù)、過熱保護(hù)等。


圖I是本發(fā)明結(jié)構(gòu)原理 圖2是本發(fā)明可逆蓄電充放電單元的電氣原理 圖3是本發(fā)明充電整流時雙閉環(huán)電流矢量跟蹤控制框 圖4是本發(fā)明放電逆變時雙閉環(huán)電壓電流矢量跟蹤控制框 圖5是本發(fā)明雙向DC/DC變換降壓斬波蓄電池充電的電氣原理 圖6是本發(fā)明雙向DC/DC變換升壓斬波蓄電池放電的電氣原理圖。
具體實施例方式參見圖1，一種大容量可逆充放電裝置，包括可逆蓄電充放電單元、數(shù)據(jù)顯控單元、絕緣檢測單元、蓄電池組，蓄電池檢測單元以及上位機，可逆蓄電充放電單元依次包括變壓器USVPWM可逆三相整流逆變橋2、DSP數(shù)據(jù)控制器以及用作充放電模式轉(zhuǎn)換的雙向DC/DC變換模塊3，可逆蓄電充放電單元從高壓系統(tǒng)母線接出，可逆蓄電充放電單元的輸出端連接蓄電池組，數(shù)據(jù)顯控單元分別與可逆蓄電充放電單元、絕緣檢測單元以及蓄電池檢測單元數(shù)據(jù)連接，蓄電池檢測單元與蓄電池組數(shù)據(jù)連接，絕緣檢測單元連向可逆蓄電充放電單元的輸出端，數(shù)據(jù)顯控單元采用嵌入式觸摸監(jiān)控平板電腦，絕緣檢測單元采用500V絕緣等級交直流在線絕緣監(jiān)測報警器，蓄電池檢測單元采用防爆本安級分布式蓄電池在線檢測裝置。為了增加冗余，提高可靠性，則本發(fā)明可進(jìn)一步采用以下的結(jié)構(gòu)
實施例I
參見圖1，本裝置一種大容量可逆充放電裝置，包括可逆蓄電充放電單元、數(shù)據(jù)顯控單元、絕緣檢測單元、蓄電池組，蓄電池檢測單元以及上位機，可逆蓄電充放電單元依次包括變壓器I、SVPWM可逆三相整流逆變橋2、DSP數(shù)據(jù)控制器以及用作充放電模式轉(zhuǎn)換的雙向DC/DC變換模塊3，可逆蓄電充放電單元從高壓系統(tǒng)母線接出，可逆蓄電充放電單元與高壓系統(tǒng)母線之間設(shè)有開關(guān)123，可逆蓄電充放電單元的輸出端連接蓄電池組，與此同時還設(shè)有次可逆蓄電充放電單元、次蓄電池組以及次蓄電池檢測單元，次可逆蓄電充放電單元、次蓄電池組以及次蓄電池檢測單元與可逆蓄電充放電單元、蓄電池組以及蓄電池檢測單元結(jié)構(gòu)相同，可逆蓄電充放電單元先連向內(nèi)部母線，再通過開關(guān)K44連向蓄電池組，次可逆蓄電充放電單元從高壓母線接出，次可逆蓄電充放電單元與高壓系統(tǒng)母線之間設(shè)有開關(guān)K224，次可逆蓄電充放電單元的輸出端先連向內(nèi)部母線，再通過開關(guān)K65連向次蓄電池組，可逆蓄電充放電單元與次可逆蓄電充放電單元之間的內(nèi)部母線段上設(shè)有開關(guān)K56，次蓄電池檢測單元與次蓄電池組數(shù)據(jù)連接，數(shù)據(jù)顯控單元分別與可逆蓄電充放電單元、絕緣檢測單元以及蓄電池檢測單元數(shù)據(jù)連接，數(shù)據(jù)顯控單元與高壓母線之間設(shè)有開關(guān)K325，蓄電池檢測單元與蓄電池組數(shù)據(jù)連接，絕緣檢測單元連向可逆蓄電充放電單元的輸出端，數(shù)據(jù)顯控單元和絕緣檢測單元以同樣方式同時與次可逆蓄電充放電單元和次蓄電池檢測單元數(shù)據(jù)連接。本發(fā)明的工作原理
I)根據(jù)上面的技術(shù)方案和實施例，則本發(fā)明在配置上一臺裝置配兩個充放電單元，可為兩組蓄電池分別充電，也可并聯(lián)同時為一組蓄電池充電，當(dāng)開關(guān)1(44、1(65閉合，開關(guān)K56斷開時，兩個充放電單元獨立對應(yīng)一組蓄電池組進(jìn)行供電，通過K44、K56、K65切換，互為備用，增加冗余，提高可靠性；同時，在一組蓄電池需快速充放電時可兩臺裝置并聯(lián)對其供電，以滿足大電流容量的要求；當(dāng)開關(guān)K5閉合前，開關(guān)K4、K6不能同時閉合，通過互鎖實現(xiàn)開關(guān)K5閉合時，開關(guān)K4、K6只能一路閉合，確保并聯(lián)時只對其中一組蓄電池組進(jìn)行供電。2)在組網(wǎng)組成上，每臺充放電裝置支持?jǐn)?shù)據(jù)接入通訊接口，與可選配的分布式蓄電池檢測單元通訊連接，以檢測單體蓄電池的電壓、溫度和內(nèi)阻(容量)，提供自動補償智能充放電和蓄電池容量監(jiān)測功能；同時支持CAN總線網(wǎng)絡(luò)接入，實現(xiàn)2只充放電單元并聯(lián)時的負(fù)荷均分控制；同時提供通訊接口以便與上位機系統(tǒng)組網(wǎng)。3)在功能上，充放電裝置是能量可逆充放電為一體，既可整流充電，也可放電逆變·與主電網(wǎng)并網(wǎng)運行；內(nèi)置的2只充放電單元既可獨立運行，也可并聯(lián)運行。裝置配備數(shù)據(jù)顯示監(jiān)控單元，實現(xiàn)人機交互。同時裝置具有安全性多重保護(hù)措施逆變并網(wǎng)反“孤島”檢測脫網(wǎng)保護(hù)、進(jìn)線缺相保護(hù)、交流網(wǎng)側(cè)電流檢測與過流、短路保護(hù)、直流輸出電壓檢測與欠壓/過壓保護(hù)、直流輸出電流檢測與過流保護(hù)、絕緣電阻檢測與保護(hù)、過熱保護(hù)等。4)數(shù)據(jù)顯控單元提供充放電裝置和蓄電池運行工況顯示及其故障報警的顯示，支持觸摸輸入提供設(shè)定參數(shù)設(shè)置、修改和鎖定相關(guān)操作，實現(xiàn)人機交互，絕緣監(jiān)測單元提供母線、直流出線電纜絕緣監(jiān)測功能?？赡嫘铍姵浞烹妴卧浅浞烹娧b置的核心單元，充放電單元具有限流恒壓充放電工作模式，同時2只單元可以互為備用和并聯(lián)使用實現(xiàn)快速充放電的工作模式，提供0. 1C-0. 2C的充放電容量，在實現(xiàn)快速充電的同時，解決蓄電池組的去極化問題，提高蓄電池組的可用度。充放電裝置，能很好地實現(xiàn)蓄電池組深度放電時的能量回收，提高能源的使用效率，具體的可逆蓄電充放電單元結(jié)構(gòu)如下參見圖2，SVPWM可逆三相整流逆變橋由6個IGBT12 ；13 ；14 ；15 ；16 ; 17兩兩并聯(lián)組成，變壓器的三相輸出端分別經(jīng)過電感L1W接入兩個IGBT之間的節(jié)點，SVPWM可逆三相整流逆變橋2的輸出端先并聯(lián)一個大容量電容C19，再并聯(lián)次電壓檢測支路20，雙向DC/DC變換模塊3主要包括充電IGBI7、放電IGBT8、電感L29以及電壓檢測支路10，SVPWM可逆三相整流逆變橋2的正輸出端串聯(lián)充電IGBI7，SVPWM可逆三相整流逆變橋2的輸出端再并聯(lián)放電IGBT8，然后其輸出端再并聯(lián)電壓檢測支路10，雙向DC/DC變換模塊3的正輸出末端串聯(lián)電感L29到蓄電池組，雙向DC/DC變換模塊3的負(fù)輸出末端串聯(lián)電流傳感器11到蓄電池組，DSP數(shù)據(jù)控制器分別檢測變壓器I輸出端、電壓檢測支路10、次電壓檢測支路20以及電流傳感器11的信號，DSP數(shù)據(jù)控制器控制分別控制SVPWM可逆三相整流逆變橋2、充電IGBI7以及放電IGBT8動作。DSP數(shù)據(jù)控制器通過CAN總線分別與上位機和數(shù)據(jù)顯控單元相連，數(shù)據(jù)顯控單元與蓄電池檢測單元和絕緣檢測單元數(shù)據(jù)連接。電壓檢測支路10和次電壓檢測支路20都是由一個電阻21和一個電壓傳感器22串聯(lián)而成。根據(jù)上面的技術(shù)方案，在蓄電池數(shù)據(jù)顯控單元、充放電能源轉(zhuǎn)換模式的構(gòu)建組成上其主要硬件方面綜合采用基于廣泛應(yīng)用的軍用級控制計算機構(gòu)成數(shù)據(jù)顯控人機界面，以及基于高性能DSP為控制核心和高功率密度IGBT為功率開關(guān)構(gòu)成充放電一體的充放電裝置，同時選配蓄電池數(shù)據(jù)采集單元，充放電裝置可對蓄電池組進(jìn)行自動補償智能充放電以及容量監(jiān)測評估，并實現(xiàn)緊急情況下的蓄電池組及相關(guān)設(shè)備的互為備用；同時結(jié)合能源綜合利用的原則對蓄電池組進(jìn)行定期放電維護(hù)保養(yǎng)；能對裝置系統(tǒng)工況狀態(tài)實時顯示及其故障監(jiān)測報警，蓄電池檢測自動補償充電措施，蓄電池檢測是有效實現(xiàn)蓄電池自動補償智能充放電及蓄電池容量監(jiān)測的關(guān)鍵，為此可選配分布式蓄電池檢測單元，以便監(jiān)測單體蓄電池的電壓、溫度和內(nèi)阻，以及檢測蓄電池組的電壓和電流，通過通訊接口接入充放電裝置，要求分布式蓄電池檢測單元在本安防爆型設(shè)計的基礎(chǔ)上，采用環(huán)氧樹脂灌裝或隔爆型外殼，接口密封連接，提高防爆設(shè)計的等級，保障可靠性與安全性。本發(fā)明可逆蓄電充放電單元的工作原理充放電單元由主電路、控制電路組成。采用以IGBT為功率開關(guān)器件的可逆三相整流逆變橋2構(gòu)成主電路，采用DSP實現(xiàn)空間矢量脈寬調(diào)制SVPWM的電壓、電流雙閉環(huán)控制智能控制電路?？赡嫒嗾髂孀儤蚣茸鳛檎鳂蛞沧鳛槟孀儤?qū)崿F(xiàn)能量雙向變送的同時，通過DSP的CAN通訊接口，對可逆模塊的一些關(guān)鍵參數(shù)及各種故障信號進(jìn)行檢測上傳送給數(shù)據(jù)顯控單元，同時數(shù)據(jù)顯控單元的一些設(shè)置參量下傳給DSP，實現(xiàn)人機交互，具體可以分為以下兩種情況
1)充電時直流穩(wěn)壓輸出控制
參見圖3，充電時，能量由電網(wǎng)流向蓄電池，可逆三相整流逆變橋2直流穩(wěn)壓輸出，雙閉環(huán)電流矢量跟蹤控制框圖如圖3所示，具體實現(xiàn)過程如下檢測到的三相輸入電流經(jīng)3/2變換和旋轉(zhuǎn)變換，得到電流的有功分量Id (直流量)和無功分量Iq (直流量)。電壓環(huán)的輸出作為有功電流分量給定值Id*，無功電流分量給定值Iq*為零。采用前饋解耦策略，加入解耦環(huán)節(jié)后，兩個電流內(nèi)環(huán)經(jīng)過PI調(diào)節(jié)再經(jīng)運算后形成交流側(cè)調(diào)制電壓的dq分量upd*、upq*,然后經(jīng)旋轉(zhuǎn)變換和2/3變換得三相交流側(cè)調(diào)制電壓給定值upa*、upb*、upc*,最后經(jīng)PWM調(diào)制電路得到三相整流器的驅(qū)動信號；
2)放電時并網(wǎng)跟蹤控制
相對發(fā)電容量至少達(dá)1600KW的主電網(wǎng)，66KW充放電裝置的放電逆變采用直接并網(wǎng)運行，參見圖4，放電時，能量由蓄電池流向電網(wǎng)，可逆三相整流逆變橋逆變并網(wǎng)運行交流跟蹤主電網(wǎng)穩(wěn)壓輸出，雙閉環(huán)電壓電流矢量跟蹤控制框圖如圖4所示。具體實現(xiàn)過程如下檢測到的三相電壓經(jīng)3/2變換和旋轉(zhuǎn)變換，得到電壓的有功分量Ud*(直流量)為跟蹤參考值和無功分量Uq(直流量)作為反饋值，無功電壓分量給定值Uq*=0，同時檢測到的三相電流經(jīng)3/2變換和旋轉(zhuǎn)變換，得到電流的有功分量Id (直流量)和無功分量Iq (直流量)。電壓環(huán)的輸出作為有功電流分量給定值Id*，無功電流分量給定值Iq*。采用前饋解耦策略，力口入解耦環(huán)節(jié)后，兩個電流內(nèi)環(huán)經(jīng)過PI調(diào)節(jié)再經(jīng)運算后形成交流側(cè)調(diào)制電壓的dq分量upd*、upq*,然后經(jīng)旋轉(zhuǎn)變換和2/3變換得三相交流側(cè)調(diào)制電壓給定值upa*、upb*、upc*,最后經(jīng)PWM調(diào)制電路得到三相整流器的驅(qū)動信號。雙閉環(huán)控制方法控制精度較高，不僅在穩(wěn)態(tài)時能夠精確地跟蹤電壓、電流指令，實現(xiàn)無靜差，而且動態(tài)性能也較好。因此，具有空間矢量SVPWM整流逆變橋可逆模塊具有以下特點
a.具有雙向可逆直流穩(wěn)壓，既可整流充電也可逆變回饋，采用外環(huán)電壓閉環(huán)控制使得直流側(cè)電壓穩(wěn)壓；b.具有高功率因數(shù)和高效率，采用無功電流給定為零的指令跟蹤補償控制，使得無論是整流還是逆變都具有高的功率因數(shù)和高的效率；
C.具有地諧波分量，采用空間矢量SVPWM脈寬調(diào)制，并采用無功電流給定為零的指令跟蹤補償控制，能有效地降低網(wǎng)側(cè)交流電壓的諧波成份。與此同時本發(fā)明能夠反“孤島”檢測自動脫網(wǎng)，孤島效應(yīng)是指當(dāng)主電網(wǎng)由于電氣故障、誤操作或自然因素等原因中斷供電時，并 網(wǎng)運行的逆變裝置未能即時檢測出停電狀態(tài)并脫離電網(wǎng)，使得逆變系統(tǒng)和周圍的負(fù)載組成的一個電網(wǎng)無法掌握的自給供電孤島。孤島現(xiàn)象會嚴(yán)重影響電網(wǎng)系統(tǒng)的安全正常運行。最嚴(yán)重的后果是可能危及線路維修人員的人身安全?！肮聧u”檢測分被動式檢測方法和主動式檢測方法。被動式方法利用電網(wǎng)斷電時逆變器輸出端電壓、頻率、相位或諧波的變化進(jìn)行孤島效應(yīng)檢測。但當(dāng)逆變裝置輸出功率與局部負(fù)載功率平衡，則被動式檢測方法將失去孤島效應(yīng)檢測能力，存在較大的非檢測區(qū)域(Non-Detection Zone，簡稱NDZ)。并網(wǎng)逆變器的被動式反孤島方案采用公司成熟的自動脫網(wǎng)裝置，提高并網(wǎng)運行的安全性。主動式孤島檢測方法是通過控制逆變器，使其輸出功率、頻率或相位存在一定的擾動。電網(wǎng)正常工作時，由于電網(wǎng)的平衡作用，檢測不到這些擾動。一旦電網(wǎng)出現(xiàn)故障，逆變器輸出的擾動將快速累積并超出允許范圍，從而觸發(fā)孤島效應(yīng)檢測電路。目前并網(wǎng)逆變器的反孤島策略都采用被動式檢測加上一種主動式檢測相結(jié)合方案?！肮聧u”檢測以被動檢測方法為主，主動檢測方法為輔。即被動檢測采用過/欠電壓和高/低頻率檢測法是在公共耦合點的電壓幅值和頻率超過正常范圍時，逆變器自動脫網(wǎng)。而主動檢測采用頻率偏移檢測法(Active Frequency Drift, AFD)是目前一種常見的主動擾動檢測方法。采用主動式頻移方案使其并網(wǎng)逆變器輸出頻率略微失真的電流，以形成一個連續(xù)改變頻率的趨勢，最終導(dǎo)致輸出電壓和電流超過頻率保護(hù)的界限值，從而達(dá)到反孤島效應(yīng)的目的。為了進(jìn)一步解釋本發(fā)明的核心技術(shù)方案，即雙向DC/DC變換模塊，雙向DC/DC變換模塊如圖2所示當(dāng)充放電裝置對蓄電池進(jìn)行恒流充電、放電時，蓄電池的充電電壓即充放電裝置的輸出直流電壓Uo是變化的，而SVPWM整流逆變器2的輸出直流電壓Ud是固定的(SVPWM整流逆變器是一個升壓變換器，其輸出電壓Ud只能在I. 5e2基礎(chǔ)上往上調(diào)，不能下調(diào)，通?？刂破漭敵鲭妷簽橐缓銐?，所以必須增加DC/DC變換電路，將固定的Ud調(diào)成期望的直流電壓Uo?？赡嫘铍姵爻浞烹娧b置可采用統(tǒng)一直流電源(即SVPWM整流逆變器輸出的直流電壓)，后跟雙向DC/DC變換器，實現(xiàn)對蓄電池的可逆充放電，其具體原理解釋如下
1)降壓斬波電路
參見圖5，降壓斬波電路實現(xiàn)向蓄電池充電的功能，由V7充電IGBT開關(guān)、VD8續(xù)流二極管和電抗器L2構(gòu)成降壓斬波電路(Buck Chopper)其原理圖如圖5所示，即其充電過程為當(dāng)V7開通時，Ud經(jīng)電抗器L2向蓄電池E充電，此時L2處儲能態(tài)；V7關(guān)斷時L2經(jīng)VD8放出能量繼續(xù)向蓄電池E充電，電流流向參考圖5中箭頭方向，因此L2也是平波電抗器，其電感量參數(shù)值應(yīng)滿足充電電流不斷續(xù)；
2)升壓斬波電路
參見圖6，升壓斬波電路實現(xiàn)由蓄電池放電的功能，由V8充電IGBT開關(guān)、VD7續(xù)流二極管和電抗器L2構(gòu)成升壓斬波電路(Boost Chopper)其原理圖如圖6所示，即其放電過程為當(dāng)V8開通時，蓄電池E經(jīng)電抗器L2放電，此時L2處儲能態(tài)；V8關(guān)斷時L2經(jīng)VD7放出能量和蓄電池一起向Ud的電容C儲能而升壓,蓄電池E繼續(xù)放電，電流流向參考圖6中箭頭方向。同樣L2也是平波電抗器，其電感量參數(shù)值應(yīng)滿足放電電流不斷續(xù)。本發(fā)明需要通過DSP數(shù)據(jù)控制器的驅(qū)動來進(jìn)行可逆充放電單元的充放電切換
1)可逆充放電單元由充電狀態(tài)切換至放電狀態(tài)
可逆DC/DC由充電狀態(tài)切換至放電狀態(tài)，三相可逆橋在電壓頻率相位同步的條件下無縫地由整流切換至逆變狀態(tài)，雙閉環(huán)控制模式由直流穩(wěn)壓控制切換至交流跟蹤穩(wěn)壓；
2)可逆充放電單元由放電狀態(tài)切換至充電狀態(tài)
可逆DC/DC由放電狀態(tài)切換至充電狀態(tài)，三相可逆橋在電壓頻率相位同步的條件下無 縫地由逆變切換至整流狀態(tài)，雙閉環(huán)控制模式由交流電壓跟蹤控制切換至直流穩(wěn)壓。
權(quán)利要求
1.一種大容量可逆充放電裝置，其特征在于本裝置包括可逆蓄電充放電單元、數(shù)據(jù)顯控單元、絕緣檢測單元、蓄電池組，蓄電池檢測單元以及上位機，所述可逆蓄電充放電單元依次包括變壓器(I)、SVPWM可逆三相整流逆變橋(2 )、DSP數(shù)據(jù)控制器以及用作充放電模式轉(zhuǎn)換的雙向DC/DC變換模塊(3 )，所述可逆蓄電充放電單元從高壓系統(tǒng)母線接出，可逆蓄電充放電單元的輸出端連接蓄電池組，數(shù)據(jù)顯控單元分別與可逆蓄電充放電單元、絕緣檢測單元以及蓄電池檢測單元數(shù)據(jù)連接，蓄電池檢測單元與蓄電池組數(shù)據(jù)連接，絕緣檢測單元連向可逆蓄電充放電單元的輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種大容量可逆充放電裝置，其特征在于本裝置還設(shè)有次可逆蓄電充放電單元、次蓄電池組以及次蓄電池檢測單元，所述次可逆蓄電充放電單元、次蓄電池組以及次蓄電池檢測單元與可逆蓄電充放電單元、蓄電池組以及蓄電池檢測單元結(jié)構(gòu)相同，所述可逆蓄電充放電單元先連向內(nèi)部母線，再通過開關(guān)K4 (4 )連向蓄電池組，所述次可逆蓄電充放電單元從高壓母線接出，次可逆蓄電充放電單元的輸出端先連向內(nèi)部母線，再通過開關(guān)K6 (5 )連向次蓄電池組，可逆蓄電充放電單元與次可逆蓄電充放電單元之間的內(nèi)部母線段上設(shè)有開關(guān)K5 (6 )，所述次蓄電池檢測單元與次蓄電池組數(shù)據(jù)連接，所述數(shù)據(jù)顯 控單元和絕緣檢測單元以同樣方式同時與次可逆蓄電充放電單元和次蓄電池檢測單元數(shù)據(jù)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種大容量可逆充放電裝置，其特征在于所述雙向DC/DC變換模塊主要包括充電IGBT (7)、放電IGBT (8)、電感L2 (9)以及電壓檢測支路(10)，所述SVPWM可逆三相整流逆變橋(2)的正輸出端串聯(lián)充電IGBT (7)，SVPWM可逆三相整流逆變橋(2)的輸出端再并聯(lián)放電IGBT (8)，然后其輸出端再并聯(lián)電壓檢測支路(10)，雙向DC/DC變換模塊(3)的正輸出末端串聯(lián)電感L2 (9)到蓄電池組，雙向DC/DC變換模塊(3)的負(fù)輸出末端串聯(lián)電流傳感器(11)到蓄電池組。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種大容量可逆充放電裝置，其特征在于所述SVPWM可逆三相整流逆變橋(2)由6個IGBT (12 ；13 ；14 ；15 ；16 ; 17)兩兩并聯(lián)組成，所述變壓器(I)的三相輸出端分別經(jīng)過電感L1 (18)接入兩個IGBT之間的節(jié)點，所述SVPWM可逆三相整流逆變橋(2 )的輸出端先并聯(lián)一個大容量電容C (19 )，再并聯(lián)次電壓檢測支路(20 )，所述DSP數(shù)據(jù)控制器分別檢測變壓器(I)輸出端、電壓檢測支路(10)、次電壓檢測支路(20)以及電流傳感器(11)的信號，DSP數(shù)據(jù)控制器控制分別控制SVPWM可逆三相整流逆變橋(2)、充電IGBT(7)以及放電IGBT (8)動作。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種大容量可逆充放電裝置，其特征在于所述DSP數(shù)據(jù)控制器通過CAN總線分別與上位機和數(shù)據(jù)顯控單元相連，數(shù)據(jù)顯控單元與蓄電池檢測單元和絕緣檢測單元數(shù)據(jù)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種大容量可逆充放電裝置，其特征在于所述電壓檢測支路(10)和次電壓檢測支路(20)都是由一個電阻(21)和一個電壓傳感器(22)串聯(lián)而成。
7.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述一種大容量可逆充放電裝置，其特征在于所述數(shù)據(jù)顯控單元采用嵌入式觸摸監(jiān)控平板電腦，所述絕緣檢測單元采用500V絕緣等級交直流在線絕緣監(jiān)測報警器，所述蓄電池檢測單元采用防爆本安級分布式蓄電池在線檢測裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種大容量可逆充放電裝置，其特征在于本裝置包括可逆蓄電 充放電單元、數(shù)據(jù)顯控單元、絕緣檢測單元、蓄電池組，蓄電池檢測單元以及上位機，所述可逆蓄電充放電單元依次包括變壓器、SVPWM可逆三相整流逆變橋、DSP數(shù)據(jù)控制器以及用作充放電模式轉(zhuǎn)換的雙向DC/DC變換模塊，所述可逆蓄電充放電單元從高壓系統(tǒng)母線接出，可逆蓄電充放電單元的輸出端連接蓄電池組，數(shù)據(jù)顯控單元分別與可逆蓄電充放電單元、絕緣檢測單元以及蓄電池檢測單元數(shù)據(jù)連接，蓄電池檢測單元與蓄電池組數(shù)據(jù)連接，絕緣檢測單元連向可逆蓄電充放電單元的輸出端，本發(fā)明加入了可逆蓄電充放電單元，使得本裝置的能量可逆充放電為一體，既可整流充電，也可放電逆變與主電網(wǎng)并網(wǎng)運行。
文檔編號H02J3/38GK102751776SQ20121024917
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月17日
發(fā)明者何通能, 洪瑋 申請人:浙江永宏電器有限公司