張麗霞顏湘武康 偉李和明

（1. 中國(guó)石油大學(xué)信息與控制工程學(xué)院 東營(yíng) 257061 2. 華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院 保定 071003）

測(cè)試系統(tǒng)變流技術(shù)

張麗霞1顏湘武2康 偉1李和明2

（1. 中國(guó)石油大學(xué)信息與控制工程學(xué)院 東營(yíng) 257061 2. 華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院 保定 071003）

針對(duì)動(dòng)力蓄電池組對(duì)其測(cè)試系統(tǒng)變流器輸出特性的特殊要求，設(shè)計(jì)了用于動(dòng)力蓄電池組測(cè)試的電流型PWM整流器的主電路結(jié)構(gòu)，并提出了基于dq變換的電流型SVPWM整流器的控制策略。該裝置可在較寬的電壓、電流輸出范圍內(nèi)輸出紋波小、響應(yīng)速度快的測(cè)試電流，運(yùn)行于高功率因數(shù)并將電池放電的能量無(wú)諧波污染地回饋電網(wǎng)。為了驗(yàn)證以上設(shè)計(jì)方法，進(jìn)行了基于Matlab的電池充放電仿真實(shí)驗(yàn)；研制了基于dq變換的電流型PWM方式的動(dòng)力蓄電池組測(cè)試系統(tǒng)變流器樣機(jī)，并完成了整機(jī)調(diào)試。仿真和試驗(yàn)驗(yàn)證了以上方法的正確性和先進(jìn)性。

電流型整流器 SVPWM 電池測(cè)試 dq變換

1 引言

動(dòng)力蓄電池組（以下簡(jiǎn)稱電池組）測(cè)試的核心技術(shù)之一是電池組測(cè)試系統(tǒng)的變流技術(shù)。電池組對(duì)測(cè)試電流的紋波非常敏感，電流紋波過(guò)大不但嚴(yán)重影響測(cè)試系統(tǒng)的精度，甚至?xí)铍姵靥崆皳p壞，造成循環(huán)壽命、容量、內(nèi)阻等重要參數(shù)測(cè)量的不準(zhǔn)確[1]。因此電池組測(cè)試對(duì)變流器輸出的測(cè)試電流有嚴(yán)格的要求，如充放電電流紋波小，電流響應(yīng)速度快等，這就要求測(cè)試系統(tǒng)所采用的變流器必須具有良好的輸出電流特性。

而電池組內(nèi)阻極小而且本身具有反電動(dòng)勢(shì)，極小的電壓紋波可能引起較大的電流紋波[2]，研究表明，相控方式和PWM方式的整流器用于電池組測(cè)試時(shí)都存在紋波超標(biāo)的問(wèn)題。為了輸出低紋波快速響應(yīng)的測(cè)試電流，傳統(tǒng)的電池組測(cè)試都是采用線性調(diào)節(jié)器方式的變流器。但此電路存在很大的缺陷，如功耗大、能量單方向流動(dòng)、功耗對(duì)測(cè)試環(huán)境的不利影響、不易于大功率化等。

采用傳統(tǒng)的線性調(diào)節(jié)器方式的變流器已不能滿足現(xiàn)今電池組測(cè)試對(duì)變流技術(shù)提出的高標(biāo)準(zhǔn)要求?？偟膩?lái)說(shuō)，如今電池組測(cè)試本質(zhì)上可以歸結(jié)為一個(gè)高性能電力電子變流技術(shù)問(wèn)題，它要求變流器具有以下能力[3]：①高電壓、大電流（如 450V/500A，225kW）、大功率輸出能力。②電壓、電流均全范圍可調(diào)。③響應(yīng)速度快。④輸出電流、電壓快速達(dá)到恒定，而非通常的平均值或有效值恒定。⑤具有雙向變流能力，能量可以回饋電網(wǎng)。⑥網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)高，無(wú)諧波污染。⑦節(jié)省有色金屬，整機(jī)的能量轉(zhuǎn)換效率高等。

針對(duì)以上要求，對(duì)電流型雙向PWM整流器做了初步的研究設(shè)計(jì)，提出了適用于動(dòng)力蓄電池組充放電的電流型PWM變流器主回路結(jié)構(gòu)；并論證了基于dq變換的電流型SVPWM整流器的控制策略。利用以上方法設(shè)計(jì)的變流器具有易于大功率化，有寬范圍的輸出電壓、電流調(diào)節(jié)能力，響應(yīng)速度快，網(wǎng)側(cè)高功率因數(shù)等優(yōu)點(diǎn)，尤其是針對(duì)內(nèi)阻小的負(fù)載（如動(dòng)力蓄電池組），能夠具有良好的輸出特性。

2 變流器結(jié)構(gòu)及工作原理

長(zhǎng)期以來(lái)，關(guān)于電流型PWM整流器有源逆變的研究較少。主要原因之一是電流型PWM的電路結(jié)構(gòu)和控制方式較為復(fù)雜，相比之下電壓型 PWM更容易實(shí)現(xiàn)電池組負(fù)載的有源逆變（電池放電）。但是對(duì)動(dòng)力蓄電池組進(jìn)行測(cè)試的時(shí)候，要求整流器的輸出電壓寬范圍可調(diào) (電壓調(diào)節(jié)范圍是0～UN)，而電壓型 PWM整流器只能提供高于電源電壓的恒定直流電壓，在要求低于電源電壓的場(chǎng)合，還需一級(jí)降壓電路，否則很難實(shí)現(xiàn)對(duì)整流器的設(shè)計(jì)[4]。而電流型PWM整流器提供的是恒定的直流電流，其直流電壓可調(diào)，并且低于電源電壓，因此輸出電壓可調(diào)范圍為0～UN，輸出電流可調(diào)范圍為0～I(xiàn)N。另外，電流型 PWM 整流器用作直流電源具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，便于實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行[5]，由此可見(jiàn)，以電流型PWM整流器比電壓型 PWM整流器更適于電池組測(cè)試系統(tǒng)的變流器的設(shè)計(jì)。

電流型PWM整流器直流側(cè)的電壓極性可以改變，電流方向不能改變，因此不可能像電壓型整流器通過(guò)改變輸出電流的方向直接對(duì)電池組進(jìn)行放電。如圖1所示，假設(shè)E為電網(wǎng)電壓，V為交流側(cè)電壓，VL為電感兩側(cè)電壓，I為交流測(cè)電流。根據(jù)PWM 整流器交流側(cè)運(yùn)行時(shí)穩(wěn)態(tài)矢量關(guān)系，如果電池通過(guò)整流器充電，則電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)與網(wǎng)側(cè)電流矢量平行且同向，此時(shí)整流器網(wǎng)側(cè)呈現(xiàn)正阻特性；如果電池通過(guò)整流器放電，則電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)與網(wǎng)側(cè)電流矢量平行且反向，此時(shí)整流器網(wǎng)側(cè)呈現(xiàn)負(fù)阻特性，電網(wǎng)吸收有功功率，實(shí)現(xiàn)電池能量高功率因數(shù)回饋電網(wǎng)[6]。

圖1 PWM整流器交流側(cè)穩(wěn)態(tài)矢量關(guān)系Fig.1 AC side steady-state vector relation of PWM converter

基于以上考慮，論文設(shè)計(jì)了適用于動(dòng)力蓄電池組充放電的電流型PWM變流器主回路結(jié)構(gòu)，如圖2所示。電池組充放電主回路采用電流型 PWM半橋變流結(jié)構(gòu)，其直流側(cè)輔以電池極性切換電路，以實(shí)現(xiàn)動(dòng)力蓄電池組測(cè)試時(shí)能量的雙向流動(dòng)，VT1～VT4為晶閘管。用來(lái)完成電池組充、放電時(shí)極性的轉(zhuǎn)換。當(dāng)空間電流矢量的指令電流與交流側(cè)電壓同相位時(shí)，PWM整流器處于整流狀態(tài)，VT1，VT4開(kāi)通，電池組充電；當(dāng)指令電流與交流側(cè)電壓反相位時(shí)，整流器處于逆變狀態(tài)，VT2，VT3開(kāi)通，電池組開(kāi)始放電，此時(shí)變流器的交流側(cè)電壓電流反相位，電網(wǎng)吸收有功功率，電池能量以高功率因數(shù)回饋電網(wǎng)。

圖2 動(dòng)力蓄電池組測(cè)試系統(tǒng)電流型PWM變流器結(jié)構(gòu)Fig.2 Circuit diagram of current mode PWM rectifier in the power accumulator battery testing system

3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

動(dòng)力蓄電池組測(cè)試系統(tǒng)的主要控制目的：一是調(diào)節(jié)直流側(cè)電流使其跟蹤給定值保持恒定；二是通過(guò)控制交流側(cè)電流以獲得要求的功率因數(shù)并且基本不含諧波，即實(shí)現(xiàn)交流電流的波形控制。根據(jù)交流側(cè)電流是否參與控制，電流型PWM變流器的電流控制策略可分為間接電流控制和直接電流控制兩種。間接控制算法依賴于CSR主電路參數(shù)，一旦這些參數(shù)變化，則必然影響交流側(cè)電流的控制性能。采用三相CSR交流側(cè)電流的直接控制，是通過(guò)網(wǎng)側(cè)電流的閉環(huán)跟隨控制，運(yùn)算求出交流輸入電流指令值，再引入交流電流反饋，通過(guò)對(duì)交流電流的直接控制而使其跟蹤指令電流值。由于閉環(huán)控制不僅對(duì)指令具有跟隨性，而且對(duì)含在控制環(huán)內(nèi)的擾動(dòng)（包括參數(shù)擾動(dòng)）具有一定的抑制作用，因而相對(duì)于間接電流控制而言，采用直接電流控制方法，交流側(cè)電流控制的動(dòng)、靜態(tài)性能得到了很大改善。

本文采用的方法是基于三相 CSR三值邏輯PWM控制的直接電流控制方法，PWM整流器采用SVPWM的生成方式，因?yàn)镾VPWM比其他方式電流利用率高，響應(yīng)速度快?；?dq變換的電流型SVPWM動(dòng)力蓄電池組測(cè)試系統(tǒng)變流器主電路及其控制結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 基于dq變換的電流型SVPWM雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)Fig.3 The double close-loop control diagram of current mode SVPWM based on dq transform

研究三相CSI主電路傳遞結(jié)構(gòu)，為了敘述簡(jiǎn)便以單相為例，其電路結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 單相CSI主電路傳遞結(jié)構(gòu)Fig.4 Main circuit structure of single-phase CSI

由文獻(xiàn)[6]知網(wǎng)側(cè)電流 Is(s) 由兩部分組成：一部分是對(duì)電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì) Es(s) 的響應(yīng)；另一部分是對(duì)交流側(cè)電流的響應(yīng)。一般情況下，PWM裝置可以近似看成是一個(gè)一階慣性環(huán)節(jié)，即當(dāng)Ts足夠小，即Tsω＜＜1時(shí)，PWM裝置即可以看成一個(gè)增益為KPWM的比例環(huán)節(jié)。當(dāng)PWM開(kāi)關(guān)頻率遠(yuǎn)高于單相CSR電網(wǎng)基波頻率時(shí)，若忽略交流側(cè)電流It(s) 中的諧波分量，即只考慮其基波分量。而且，系統(tǒng)傳遞函數(shù)為單變量輸入和單變量輸出，當(dāng)電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)穩(wěn)定時(shí)，可忽略電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì) Es(s) 擾動(dòng)對(duì)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)影響。簡(jiǎn)化后系統(tǒng)的雙閉環(huán)傳遞結(jié)構(gòu)，如圖5所示。

圖5 簡(jiǎn)化后的系統(tǒng)雙閉環(huán)傳遞結(jié)構(gòu)Fig.5 Simplified double close-loop transfer structure

3.1 電流內(nèi)環(huán)控制器的設(shè)計(jì)

對(duì)于三相CSR控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，仍先考慮一相變量之間的關(guān)系。由圖4可以看出，由于交流側(cè)每相存在兩個(gè)儲(chǔ)能元件L和C，則電流內(nèi)環(huán)系統(tǒng)固有傳遞函數(shù)為

可以看出，內(nèi)環(huán)系統(tǒng)固有傳遞函數(shù)為一個(gè)二階系統(tǒng)，此二階系統(tǒng)的阻尼比ξ和自然振蕩角頻率nω分別為

將動(dòng)力蓄電池組負(fù)載相關(guān)數(shù)據(jù)代入式（2），可知0＜ξ＜1，故此系統(tǒng)為欠阻尼二階系統(tǒng)，其兩個(gè)特征根為

式中 ωd——阻尼振蕩頻率

當(dāng)τ值很小時(shí)，β值也很小，從而 sinβt＜＜ωn，故可以忽略特征根中虛數(shù)部分的影響，只考慮其實(shí)數(shù)部分，從而可認(rèn)為

則電流內(nèi)環(huán)系統(tǒng)固有傳遞函數(shù)化簡(jiǎn)為

為了使電流內(nèi)環(huán)獲得良好的電流跟隨性能，可按結(jié)構(gòu)相對(duì)較為簡(jiǎn)單的典型Ⅰ型系統(tǒng)來(lái)整定電流內(nèi)環(huán)控制系統(tǒng)。針對(duì)簡(jiǎn)化的內(nèi)環(huán)系統(tǒng)固有傳遞函數(shù)的雙慣性環(huán)節(jié)，內(nèi)環(huán)控制器R1(s) 采用PI調(diào)節(jié)器，即

則電流內(nèi)環(huán)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為

根據(jù)模最優(yōu)校正方法將其整定為典型Ⅰ型系統(tǒng)，則校正后電流內(nèi)環(huán)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為

內(nèi)環(huán)PI控制器的參數(shù)為

電流內(nèi)環(huán)閉環(huán)傳遞函數(shù)為

文獻(xiàn)[6]中將內(nèi)環(huán)系統(tǒng)固有傳遞環(huán)節(jié)簡(jiǎn)化為慣性環(huán)節(jié)，為將內(nèi)環(huán)整定為典型Ⅰ型系統(tǒng)，故其內(nèi)環(huán)采用積分器進(jìn)行調(diào)節(jié)。但是，若采用積分器則積分參數(shù)較大，響應(yīng)較慢，若采用PI或PID調(diào)節(jié)器，可以減少靜態(tài)偏差，具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快的特點(diǎn)，故本文采用PI調(diào)節(jié)器。

3.2 電流外環(huán)控制器的設(shè)計(jì)

當(dāng)電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)穩(wěn)定時(shí)，忽略電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì) Es(s)及直流側(cè) EL(s) 擾動(dòng)，得出is到idc環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為則電流外環(huán)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)

式中 R2(s)——電流外環(huán)PI調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)；

m——調(diào)制比。

電流外環(huán)控制系統(tǒng)采用具有良好抗擾動(dòng)性且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的典型Ⅱ型系統(tǒng)。R2(s) 采用PI調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)，其傳遞函數(shù)為

式中 K'pi——PI調(diào)節(jié)器的比例增益；調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)。

則整定后的電流外環(huán)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為

當(dāng)L/R比較小時(shí)，利用小時(shí)間常數(shù)的合并簡(jiǎn)化此系統(tǒng)，則電流外環(huán)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為

采用典型Ⅱ型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流外環(huán)，因?yàn)樾铍姵亟M充、放電時(shí)內(nèi)阻大小明顯不同[7]，根據(jù)電池內(nèi)阻值的不同，此處取中頻寬為 h=3～10，則電流外環(huán)PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)為

4 仿真研究

根據(jù)圖3設(shè)計(jì)的電池組測(cè)試系統(tǒng)變流器及其控制系統(tǒng)進(jìn)行 Matlab下的電池組的充電和放電雙閉環(huán)仿真。仿真參數(shù)如下：相電壓有效值為 70.7V，電池端電壓32V，直流儲(chǔ)能電感Ldc=3mH，電池電阻R=0.3?。計(jì)算直流側(cè)濾波參數(shù)為：L1=1.2mH（因電路中與 Ldc串聯(lián)，因此在仿真中兩電感可合并為一個(gè)4.2mH的電感），C1= 8800μF ，L2=0.9mH。交流側(cè)濾波參數(shù)L=0.3mH，C = 880μF 。仿真步長(zhǎng)設(shè)為1/51200/20，內(nèi)環(huán)PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)為：τpi= 0.11，Kpi= 30；外環(huán) PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)為： τ'pi= 0.1，K 'pi= 0.1。當(dāng)指令電流反向，電池極性倒轉(zhuǎn)，電流型PWM轉(zhuǎn)入有源逆變狀態(tài)，電池進(jìn)行放電，其能量回歸電網(wǎng)。電池電阻R=0.2?，外環(huán) PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)為：τpi=0.1， Kpi= 0.08，內(nèi)環(huán)PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)為：65。電池端電壓為80V。其余仿真參數(shù)同上。

圖6= 100A充電時(shí)網(wǎng)側(cè)電流、電壓波形和直流側(cè)電流、電壓仿真波形Fig.6 Emulated voltage and current waveforms from both the power grid and DC side when the charge current

圖7= 100A放電時(shí)網(wǎng)側(cè)電流、電壓波形和直流側(cè)電流、電壓仿真波形Fig.7 Emulated voltage and current waveforms from both the power grid and DC side when the discharge current

由仿真結(jié)果可以看出，直流側(cè)電流無(wú)論是充電還是放電時(shí)，都有較小的紋波和較快的響應(yīng)速度。對(duì)測(cè)試電流進(jìn)行進(jìn)一步的頻譜分析，充電電流諧波含量為0.1%，放電電流諧波含量為0.05%，滿足電池測(cè)試對(duì)電流紋波的要求。在充電過(guò)程中網(wǎng)側(cè)電壓和電流同相位，整流器網(wǎng)側(cè)呈現(xiàn)正阻特性，實(shí)現(xiàn)了整流器的高功率因數(shù)運(yùn)行；放電時(shí)網(wǎng)側(cè)電壓和電流反相位，整流器網(wǎng)側(cè)呈現(xiàn)負(fù)阻特性，電網(wǎng)吸收有功功率，實(shí)現(xiàn)了電池能量高功率因數(shù)回饋電網(wǎng)。

5 實(shí)驗(yàn)及分析

5.1 試驗(yàn)驗(yàn)證

為了進(jìn)一步驗(yàn)證變流器結(jié)構(gòu)及控制方法的正確性，論文完成了基于dq變換的電流型SVPWM變流器樣機(jī)，并以此為基礎(chǔ)對(duì)一節(jié)VRLA電池進(jìn)行充電和放電試驗(yàn)。電池組充、放電主回路及其結(jié)構(gòu)如圖3所示。系統(tǒng)采用TI公司的TMS320F2812作為主控芯片，開(kāi)關(guān)頻率為1.6kHz。交、直流側(cè)濾波器參數(shù)取值同仿真參數(shù)。樣機(jī)使用一臺(tái)9kW的調(diào)壓器供電，試驗(yàn)時(shí)電池端電壓為 12.8V，變壓器輸出電壓為23.8V。利用日本橫河公司（YOKOGAWA）生產(chǎn)的 DL1600系列數(shù)字示波器觀測(cè)試驗(yàn)結(jié)果并錄波，使用Matlab對(duì)所錄波形進(jìn)行處理，分析穩(wěn)態(tài)的濾波效果。

濾波后無(wú)論網(wǎng)側(cè)還是直流側(cè)電流諧波含量都很小，例如直流側(cè)諧波含量在0.5%以內(nèi)，相應(yīng)的直流含量接近 100%，如果將直流與其他諧波用柱狀圖的形式在同一幅圖內(nèi)給出，其他含量在 1%以下的諧波都因顯示不清而不易于觀察，因此直流電流的頻譜分析輸出時(shí)略去了作為參照的直流分量 I0，以便觀察其他諧波的頻譜分布。

圖8 給定為5A時(shí)SVPWM雙閉環(huán)充電試驗(yàn)Fig.8 Double closed-loop SVPWM charging test when the definite current value is 5A

圖9 給定為5A時(shí)SVPWM雙閉環(huán)放電試驗(yàn)Fig.9 Double closed-loop SVPWM discharging test when the definite current value is 5A

圖10 給定為2A，4A時(shí)SVPWM雙閉環(huán)放電試驗(yàn)Fig.10 Double closed-loop SVPWM discharging test when the definite current value is 2A and 4A

由基于dq變換的SVPWM雙閉環(huán)充電試驗(yàn)可以看出，充電時(shí)交流側(cè)電壓電流同相位，直流側(cè)輸出電流具有較小的紋波和較快的響應(yīng)速度；從放電試驗(yàn)可以看出，放電時(shí)網(wǎng)側(cè)電壓、電流反向，電池能量實(shí)現(xiàn)了高功率因數(shù)回送電網(wǎng)。

5.2 試驗(yàn)誤差分析

分析試驗(yàn)，主要存在濾波電感的損耗和交流電壓三相不平衡對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成的影響。

（1）利用雙橋法測(cè)量本實(shí)驗(yàn)用的電感，其電阻為0.1?，有損耗的元件會(huì)使濾波器傳輸函數(shù)的極點(diǎn)左移，從而影響濾波器的傳輸特性。如同文獻(xiàn)[8]驗(yàn)證，電感本身的損耗會(huì)影響濾波器的穩(wěn)態(tài)濾波效果，是造成實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果之間偏差的主要原因之一。但是動(dòng)力蓄電池組測(cè)試系統(tǒng)所需整流變壓器輸出電流在500A，所需電感導(dǎo)線直徑較粗，直流電阻很小，對(duì)濾波器的傳輸特性造成的影響可以忽略不計(jì)。因此本文設(shè)計(jì)的低損耗快速響應(yīng)濾波器可以滿足實(shí)際動(dòng)力蓄電池組性能測(cè)試的需要。

（2）穩(wěn)態(tài)電流的頻譜中有大量的二次諧波存在，而且試驗(yàn)中雖然實(shí)現(xiàn)了交流側(cè)電壓和電流同相位，但是交流側(cè)的電流波形并不是完全的正弦波。測(cè)量電源的三相電壓，發(fā)現(xiàn)論文實(shí)驗(yàn)用電源存在三相不平衡的現(xiàn)象，而且三相電壓均含有一定的3次諧波，這對(duì)試驗(yàn)的結(jié)果產(chǎn)生了一定的影響。研究表明三相不平衡時(shí)三相電流型PWM整流器直流電壓會(huì)產(chǎn)生6、12、18等6的整數(shù)倍的特征諧波和2、4、8、10等次的非特征諧波。直流電壓諧波導(dǎo)致整流器產(chǎn)生直流電流諧波，直流電流諧波通過(guò)PWM反過(guò)來(lái)又會(huì)影響整流器的交流電流波形，即三相電流型PWM整流器直流側(cè)n次諧波電流經(jīng)PWM控制后，將在整流器交流側(cè)產(chǎn)生n+1次諧波電流[9]。

從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，濾波后的電流頻譜分析中6次及以上的諧波含量非常小。這是因?yàn)闉V波器設(shè)計(jì)時(shí)以6次為阻帶頻率的起點(diǎn)；大于6次的諧波對(duì)應(yīng)的衰減值為由6次諧波對(duì)應(yīng)衰減開(kāi)始，每倍頻程 6ndB的速率上升的直線，因而 6次及以上的諧波得到了很好的抑制。并且因?yàn)檎撐脑O(shè)計(jì)的直流濾波器對(duì)通帶的最小衰減也有設(shè)定，因而通帶內(nèi)的二次等其他次諧波也得到了一定的抑制。

對(duì)于電網(wǎng)電壓不平衡狀態(tài)下，可以通過(guò)對(duì)三相電流型PWM整流器適當(dāng)?shù)目刂埔种?次諧波，目前已有針對(duì)電壓型PWM的抑制直流側(cè)二次諧波的研究[10-11]，但適用于電壓型 PWM整流器的方法有待于借鑒到電流型PWM整流器中。論文擬將這個(gè)問(wèn)題作為論文的后續(xù)問(wèn)題繼續(xù)展開(kāi)深入的討論和研究。

（3）本文雖然從仿真的角度完成了動(dòng)力蓄電池組的雙閉環(huán)控制，但是進(jìn)行放電試驗(yàn)時(shí)，由于所編寫(xiě)程序并不十分完善，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果出現(xiàn)較大的誤差，主要表現(xiàn)在系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，響應(yīng)速度比充電試驗(yàn)慢（大約需要 200ms進(jìn)入穩(wěn)態(tài)）。因此，放電時(shí)雙閉環(huán)的控制參數(shù)還應(yīng)根據(jù)電池充放電時(shí)內(nèi)部參數(shù)的變化[12-14]進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)整。

6 結(jié)論

輔以電池極性轉(zhuǎn)換電路的電流型PWM整流器結(jié)構(gòu)，輸出電壓、電流均全范圍可調(diào)，實(shí)現(xiàn)了能量的雙向流動(dòng)；基于dq變換的電流型SVPWM雙閉環(huán)控制系統(tǒng)應(yīng)用于動(dòng)力蓄電池組測(cè)試系統(tǒng)的變流器設(shè)計(jì)，其“動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，能量轉(zhuǎn)換效率高，雙向變流，網(wǎng)側(cè)高功率因數(shù)”等優(yōu)勢(shì)得以充分的發(fā)揮，實(shí)現(xiàn)了能量的雙向傳輸，電池能量在放電時(shí)以高功率因數(shù)回歸電網(wǎng)，解決了以往電池測(cè)試系統(tǒng)能量只能單向傳送，網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)低的問(wèn)題。

[1] 賈高峰，韓贊東，王克爭(zhēng). 電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池組性能測(cè)試系統(tǒng)[J]. 電源技術(shù)，2004，28(11)：712-714. Jia Gaofeng, Han Zandong, Wang Kezheng. Performance testing system of power batteries for electric vehicles[J]. Chinese Journal of Power Sources, 2004，28(11)：712-714.

[2] Li Heming, Zhang Lixia, Yan Xiangwu, et al. Design method of low loss and fast response LC filters based on locomotive battery testing system[J]. EPE Journal, 2008, 18(1)：25-31.

[3] 顏湘武，韓志軍，谷建成，等. 線性調(diào)節(jié)器在 EV動(dòng)力電池組性能測(cè)試中的應(yīng)用[J]. 電力電子技術(shù)，2006，40(6)：49-51, 101. Yan Xiangwu, Han Zhijun, Gu Jiancheng, et al. Application of linear regulator in power accumulator battery testing system for electric vehicles[J]. Power Electronics, 2006, 40(6)：49-51，101.

[4] 方宇，裘迅，邢巖，等.三相高功率因數(shù)電壓型PWM整流器建模與仿真[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2006, 21(10): 44-49, 55. Fang Yu, Qiu Xun, Xing Yan, et al. Modeling and simulation of three-phase high-power-factor PWM rectifier[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2006, 21(10): 44-49, 55.

[5] Bhargava B, Dishaw G. Application of an energy source power system stabilizer on the 10 MW battery energy storage system at Chino substation[J]. IEEE Transactions on Power Systems, 1998, 13(1): 145-151.

[6] 張崇巍，張興. PWM整流器及其控制[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

[7] 欒云福，初春雨. 內(nèi)阻在鉛酸蓄電池中的檢測(cè)應(yīng)用[J]. 黑龍江電力，2008，30(2): 154-156. Luan Yunfu, Chu Chunyu.Detecting application of internal resistance to lead-acid battery[J]. Heilongjiang Electric Power, 2008, 30(2): 154-156.

[8] 張麗霞, 李和明, 顏湘武, 等. 切比雪夫?yàn)V波器在動(dòng)力蓄電池組檢測(cè)中的應(yīng)用[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2008，23(3):137-142. Zhang Lixia, Li Heming, Yan Xiangwu, et al. Application of chebyshev filter for the power accumulator battery testing system[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2008, 23(3): 137-142.

[9] 李玉玲. 電流型 PWM 整流器及其控制策略的研究[D]. 杭州：浙江大學(xué)，2006.

[10] 屈穩(wěn)太.一種新的三相 Boost-PWM 整流器控制技術(shù)[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2006, 21(7): 44-48, 53. Qu Wentai. A novel control strategy for three-phase Boost-PWM rectifier[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2006, 21(7): 44-48, 53.

[11] 丁仁杰，劉健，趙玉偉，等. 不平衡電路的瞬時(shí)功率分析及不對(duì)稱負(fù)荷補(bǔ)償方法[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2007，22(1): 120-124. Ding Renjie, Liu Jian, Zhao Yuwei, et al. An analysis of instantaneous power in unbalanced circuits and a method to compensate unbalanced load[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2007，22(1): 120-124

[12] 姜立國(guó). 可充電電池內(nèi)阻測(cè)試儀[D]. 成都：電子科技大學(xué)，2003.

[13] 裴鋒，黃向東，羅玉濤，等.電動(dòng)汽車動(dòng)力電池變流放電特性與荷電狀態(tài)實(shí)時(shí)估計(jì)[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2005, 25(9)：164-168. Pei Feng, Huang Xiangdong, Luo Yutao, et al. Variable current dischargeable characteristics and SOC estimation of EV/HEV battery[J]. Proceedings of the CSEE, 2005, 25(9): 164-168.

[14] 楊德剛，劉潤(rùn)生，趙良炳．三相高功率因數(shù)整流器的電流控制[J]．電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2000，15(2)：83-87．Yang Degang，Liu Runsheng，Zhao Liangbing. Current controller design of a three-phase high power-factor rectifier[J]. Transactions of China Electrotechnical Society，2000，15(2)：83-87．

Converting Technology Based on the Current Mode SVPWM on the Power Accumulator Battery Testing System

Zhang Lixia1Yan Xiangwu2Kang Wei1Li Heming2
（1. China University of Petroleum Dongying 257061 China 2. North China Electric Power University Baoding 071003 China）

The battery test requests its system converter to output excellent charging/discharging current. According to the special request, this paper designed the main circuit of current mode PWM converter, and put forward a loop-locked control method based on dq coordinate conversion to SVPWM converters in the power accumulator battery testing system. The set can output low ripple and fast response testing current in a wide adjustable range and operates in high power factor. It delivers the power accumulator’s energy to the power grid without harmonic solutions and increases the transform efficiency by SVPWM and obtain high power factor and high dynamic response quality by dq coordinate conversion.

Current source converter, SVPWM, battery test, dq coordinate conversion

TM461；TM714.1

張麗霞 女，1978年生，講師，研究方向?yàn)殡娏﹄娮釉陔娏ο到y(tǒng)中的應(yīng)用。

2009-08-21 改稿日期 2009-12-01

基于空間電流矢量的動(dòng)力蓄電池組

顏湘武 男，1965年生，教授，研究方向?yàn)楝F(xiàn)代電能質(zhì)量，新型功率變換技術(shù)及應(yīng)用。