基于PWM技术蓄电池充放电与检测系统设计

摘要：为解决传统蓄电池充放电装置功率因数低、高谐波污染等不足，针对电力机车用15 kVA蓄电池，设计了基于PWM整流逆变技术的蓄电池充放电装置与检测监控系统。装置用作充电电源时，采用电流双闭环控制系统，实现分阶段恒流模式或恒压模式充电；用作蓄电池放电试验的负载时，将能量回馈电网，通过SPWM调制可实现放电功率的灵活调控。试验及检测结果表明该装置具有能量双向流动、网侧电流正弦化、功率因数高、功率灵活调控的特点。
关键词：脉冲宽度调制；蓄电池充放电装置；蓄电池检测系统；三相PWM整流器

0 引言
电力机车用蓄电池承担着机车升弓前为辅助系统供电的任务，蓄电池的质量显得至关重要。目前电力机车用蓄电池充放电装置大多使用传统的相控整流充电技术，虽然技术成熟、价格低廉，但调节周期长、动态响应慢、功率因数低，谐波污染也比较大，易造成对电网的污染。为保证质量，电力机车用蓄电池在出厂前需要进行老化试验。目前的出厂测试老化试验大多使用水泥电阻等能耗型负载充当被试电源产品的负载。能耗型负载虽然成本低廉，但能量被白白消耗掉，会造成电能的大量浪费。
本文研究了一种基于PWM逆变整流的新型蓄电池充放电装置，能耗低，功率因数大，能实现恒流或恒压充放电以及实现负载大小灵活调节，并能将试验过程中的能量反馈回电网，实现了能源的再利用。

1 蓄电池恒流／恒压充放电装置原理
本文蓄电池充放电装置采用以电压型脉冲整流器为核心的方案。PWM控制方式能方便地实现能量的双向流动，根据电网的不同，可以采用单相或三相PWM脉冲整流器。系统原理如图1所示。

和实际直流电压Vdc比较后的误差信号送入P1调节器，PI调节器的输出即为主电路交流输入参考电流的幅值，比较得到电流误差后，对电流误差进行PI调节，用以减缓电流在动态过程中的突变。然后再与输入电压的空间矢量进行比较控制，最后通过SPWM调制算法即可生成相应6路驱动脉冲控制三相整流桥IGBT的通断，间接地控制网侧电流，实现网侧功率因素的调节。