显然,由于电能的双向传输,PWM整流器就已经不是传统意义上的AC/DC变换器了,当PWM整流器从电网吸收电能时,其运行于整流工作状态,作为整流器工作;而当PWM整流器向电网传输电能时,其运行于逆变状态,作为逆变器工作,PWM整流器是集整流与逆变于一身的新型变换器。具体工作原理不做详细介绍。
2.2 新型EPS应急电源工作原理
新型的EPS应急电源工作原理如图2所示:
可以看出,他也是后备式电源。在结构上"充电电路"与"逆变电路"合并为一个整流/逆变电路,即PWM整流器。他能够实现传统的EPS宽/放电的功能,具体的工作过程是这样的:当市电正常时,Ks合并,即市电给负载和电池供电,PWM整流器工作于整流状态,蓄电池浮充。当市电异常时,为了防止电能回馈电网,Ks断开,由电池给负载供电,PWM整流器工作于逆变状态,蓄电池放电。检测蓄电池端电压,直到端电压下降到放电终止电压时,即蓄电池放电完毕,自动关闭PWM整流器。应该重新充电才能重新使用。由于PWM整流器能够进行控制功率因数,给定电流信号应与电网电压同相(整流),或者反向(逆变),实现单位功率因数控制,净化电网,提高效率。
3 新型EPS应急电源工作过程及仿真
3.1 新型EPS应急电源工作过程分析
新型EPS的功能应该满足传统EPS的功能和蓄电池的充电要求。这里所说的蓄电池是指阀控铅酸蓄电池。蓄电池理想充电电流是指数下降的。一般情况下,蓄电池的充电过程可分恒流充电,恒压充电和浮充三个过程。当市电异常时,蓄电池放电给负载供电,PWM整流器进入逆变放电状态,即无源逆变过程。
蓄电池在使用过程中,容量是不断下降的,当电池容量衰减至初始值的80%时,进入快速失效期,容量衰减加快,普遍认为容量低于初始值的80%的蓄电池为失效电池。电池容量检测是至关重要的。根据PWM整流器能量双向传输的优点,可以采用放电法进行容量检测,并把所放出来的电放回电网,既安全,又高效。具体的过程是这样的:
当系统工作过程转入容量检测过程后,控制放电电流为一恒定负值I*(充电方向为正)。此时,蓄电池作为电源,电网作为负载,PWM整流器工作在有源逆变状态。当电流稳定到给定值I*后,开始计时。循环检测各单节电池电压,有任一个单节电池电压低于规定值时,放电完毕,读取放电时间T。那么电池容量就是I*·T(安时)。当测量完成后,马上对蓄电池进行充电,减少电网突然断电的危险性。
可见,新型EPS应急电源的工作过程可分为5种:恒流充电过程、恒压充电过程、浮充过程、无源逆变过程和有源逆变过程。其中恒压充电过程与浮充过程的控制方案是相同的,电压给定值不同;恒流充电过程与有源逆变过程的控制方案也是相同的,他们Zui大区别是电流给定值大小也不相同;无源逆变过程则是一般的电池逆变过程,只要控制输出电压的频率和幅值。
3.2 工作过程仿真分析
根据新型EPS五个工作过程的特点,简要阐述各个过程的控制方案。利用Matlab的Simulink强大的仿真能力,对各个工作过程进行仿真,给出PWM整流器直流侧与交流侧的电压/电流仿真波形图,并进行简单分析。
3.2.1 恒压充电与浮充仿真分析
恒压充电与浮充的控制系统采用双环结构,即电流内环和电压外环,电压外环采用PI凋节,使蓄电池的端电压跟踪给定电压值。内环采用P调节,进行电流正弦波和高功率因数控制。