專利名稱:液流電池模擬器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實(shí)用新型涉及大容量?jī)?chǔ)能電池領(lǐng)域,具體涉及一種液流電池模擬器,用以模擬真實(shí)的液流電池的工作特性。
背景技術(shù):
液流電池是新型的大容量?jī)?chǔ)能電池,其中使用比較廣泛的是全礬氧化液流電池。 目前對(duì)液流電池的研究尚處于起步階段,有關(guān)液流電池在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用的研究也并不常見。由于液流電池的成本比較高、對(duì)其特性的研究還不夠成熟,在實(shí)際的電力系統(tǒng)的研究和實(shí)驗(yàn)中如果采用真實(shí)的液流電池儲(chǔ)能設(shè)備,會(huì)產(chǎn)生較高的實(shí)驗(yàn)、維護(hù)成本,并且受到場(chǎng)地、環(huán)境等因素的影響。因此很有必要研發(fā)低成本的液流電池模擬器,用以模擬真實(shí)的液流電池的工作特性,使之能夠廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)與研究中。目前市面上尚沒有液流電池模擬器,而已經(jīng)研發(fā)出來的光伏電池模擬器一般是以不控整流電路和DC/DC變換器為拓?fù)潆娐?,能量無法雙向流動(dòng),故無法模擬液流電池的外特性。根據(jù)已有的研究資料和文獻(xiàn)可知,液流電池的工作特性與其直流輸出電壓、直流輸出電流和荷電狀態(tài)(SOC)有關(guān)系,在不同的直流輸出電流和荷電狀態(tài)(SOC)下,其直流輸出電壓不同。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、模擬電壓等級(jí)可調(diào)的液流電池模擬器,能實(shí)現(xiàn)對(duì)真實(shí)的液流電池的工作特性的模擬,通過本實(shí)用新型可以很好的觀察液流電池運(yùn)行時(shí)直流輸出電流、直流輸出電壓和荷電狀態(tài)(SOC)三者的關(guān)系。一種液流電池模擬器,包括三相電壓型PWM整流器Hl,三相電壓型PWM整流器的驅(qū)動(dòng)輸入端依次連接IGBT驅(qū)動(dòng)電路3、微處理器2和電流電壓測(cè)量電路1,微處理器2連接人機(jī)界面4 ;三相電壓型PWM整流器的三個(gè)交流輸入端分別一對(duì)一連接可調(diào)電抗器Li、L2、 L3后再一起連接三相交流接觸器KM,三相交流接觸器KM通過三相隔離變壓器TMl連接三相可調(diào)變壓器TUl的三個(gè)輸出端,三相可調(diào)變壓器TUl的三個(gè)輸入端分別一對(duì)一連接交流快速熔斷器FU1、FU2、FU3后再一起連接小型斷路器QF1,三相電壓型PWM整流器的三個(gè)交流輸入端還分別一對(duì)一連接一個(gè)電容后再相接;三相電壓型PWM整流器的兩個(gè)直流輸出端之間接有三組切換電路,切換電路由電容C4、C5、C6和連接片LP1、LP2、LP3串接構(gòu)成。進(jìn)一步地,所述電流電壓測(cè)量電路1包括三個(gè)分別連接在可調(diào)電抗器L1、L2、L3和三相交流接觸器KM之間的交流電流傳感器TA1、TA2、TA3、三個(gè)分別連接在三相隔離變壓器 TMl的三個(gè)輸出端兩兩之間的交流電壓傳感器TVl、TV2、TV3、兩個(gè)串接在三相電壓型PWM整流器的一個(gè)直流輸出端的直流電流傳感器TA4、TA5、一個(gè)連接在三相電壓型PWM整流器的兩個(gè)直流輸出端之間的直流電壓傳感器TV4。進(jìn)一步地,還在三相電壓型PWM整流器的兩個(gè)交流輸入端之間接有交流電壓表 PV1,在三相電壓型PWM整流器的兩個(gè)直流輸出端之間接有直流電壓表PV2,在三相電壓型PWM整流器的一個(gè)直流輸出端串接有直流電流表PA1、分流器FLl和直流快速熔斷器FU4。本實(shí)用新型的技術(shù)效果體現(xiàn)在本實(shí)用新型在現(xiàn)有的模擬器的基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新, 可通過調(diào)節(jié)三相可調(diào)變壓器來達(dá)到調(diào)節(jié)三相電壓型PWM整流器的兩個(gè)直流輸出端之間的電壓范圍,使三相電壓型PWM整流器的直流輸出電壓范圍可以覆蓋幾十伏到幾百伏不等。 通過調(diào)節(jié)可調(diào)電抗器、改變切換電路以及控制IGBT的開通與關(guān)斷,使液流電池模擬器在輸出不同的電壓等級(jí)時(shí)都能有良好的波形效果。其中,P點(diǎn)模擬液流電池的正極,N點(diǎn)模擬液流電池的負(fù)極,通過選取電壓外環(huán)、電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)控制策略,可以達(dá)到P、N點(diǎn)之間的輸出電壓完全模擬真實(shí)的液流電池充電、放電輸出外特性曲線的效果,提高其實(shí)用性。
圖1為本實(shí)用新型的電路示意圖;圖2為本實(shí)用新型的實(shí)施例所模擬的工作特性示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)描述,但該實(shí)施方式不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。參見圖2,以單體串聯(lián)級(jí)數(shù)為39的液流電池儲(chǔ)能體為例,其直流輸出電流Io,直流輸出電壓Vo和荷電狀態(tài)(SOC)的關(guān)系曲線如圖2。由圖2可知,在荷電狀態(tài)(SOC)為0.5、 直流輸出電流為-70A 70A時(shí),直流輸出電壓的變化范圍是47. 5V 61. 2V。根據(jù)三相電壓型PWM整流器的工作原理可知,整流器輸入線電壓的有效值上限為^V。參見圖1,本實(shí)用新型在使用的時(shí)候在A、B、C三個(gè)端口接入380V的市電,可以調(diào)節(jié)三相可調(diào)變壓器TUl的變比,使得隔離變壓器TMl的輸出線電壓為28V。同時(shí),可以調(diào)節(jié)可調(diào)電抗器Li、L2、L3使其電感值為0. 2mH,通過投切連接片LPl、LP2、LP3,使得實(shí)際接入電路的電容為lOOOuF。通過這樣調(diào)節(jié)電路參數(shù)可保證在47. 5V 61. 2V的電壓等級(jí)內(nèi)輸出波形良好。在液流電池模擬器啟動(dòng)前,可以通過人機(jī)界面設(shè)定初始的荷電狀態(tài)(SOC)、模擬器的容量。當(dāng)液流電池模擬器啟動(dòng)工作后,直流電流傳感器TA4、TA5檢測(cè)直流輸出電流Io的值,直流電壓傳感器TV4檢測(cè)直流輸出電壓Vo的值,交流電壓傳感器TV1、TV2、TV3檢測(cè)交流側(cè)的電壓值,交流電流傳感器TA1、TA2、TA3檢測(cè)交流側(cè)的電流值。此時(shí),根據(jù)檢測(cè)到的充電、放電電流值Io,以及設(shè)定的SOC值,微處理器將根據(jù)圖2的曲面計(jì)算得到理論的輸出電壓Vref。將Vref作為參考電壓,與實(shí)際直流電壓傳感器檢測(cè)到的電壓值Vo進(jìn)行比較,得到偏差后通過負(fù)反饋送入電壓外環(huán)PI控制器,得到電流內(nèi)環(huán)的電流指令。同時(shí)為了方便控制器的設(shè)計(jì),在電流內(nèi)環(huán)采用前饋解耦控制策略,將交流電流傳感器TA1、TA2、TA3檢測(cè)到的交流側(cè)的三相電流進(jìn)行dq解耦變換。將電壓外環(huán)的輸出作為電流內(nèi)環(huán)的電流指令,與實(shí)際的 d軸電流和q軸電流進(jìn)行比較,得到偏差后通過負(fù)反饋送入電流內(nèi)環(huán)PI控制器,得到d軸和 q軸調(diào)制電壓。此調(diào)制電壓送入到微處理器,由微處理器經(jīng)過處理后產(chǎn)生PWM波。PWM波被送入到驅(qū)動(dòng)電路,驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生脈沖信號(hào)直接驅(qū)動(dòng)IGBT的開通與關(guān)斷。由于PI控制器為無靜差控制器,如果選取合理的控制參數(shù),可以使得實(shí)際輸出和給定沒有偏差,從而使實(shí)際輸出電壓Vo跟蹤參考電壓Vref。最后,微處理器將會(huì)根據(jù)當(dāng)前的S0C、設(shè)定的容量、檢測(cè)到的直流輸出電流值Io以及直流輸出電壓Vo,來更新SOC值,并將此SOC值作為下一個(gè)周期的初始SOC值,然后微處理器開始下一個(gè)循環(huán)周期。特別指出,三相電壓型PWM整流器還可工作在逆變的狀態(tài)。當(dāng)液流電池模擬器處于逆變的工作狀態(tài)時(shí),可以通過交流電壓傳感器檢測(cè)交流側(cè)的并網(wǎng)電壓值、逆變器輸出頻率等,只有符合并網(wǎng)條件后,微控制器才會(huì)向三相交流接觸器KM發(fā)出合間命令。此外,所述液流電池模擬器還具有保護(hù)功能。當(dāng)傳感器檢測(cè)到的電壓、電流值過大,發(fā)生過壓、過流故障時(shí),將會(huì)采取相應(yīng)的措施,例如停止向開關(guān)器件發(fā)生脈沖、接觸器跳閘、熔斷器熔斷等。上述實(shí)施方式是以單體串聯(lián)級(jí)數(shù)為39的液流電池儲(chǔ)能體為例,如果單體串聯(lián)級(jí)數(shù)發(fā)生了變化,則需要重新調(diào)整三相可調(diào)變壓器TUl的變比、可調(diào)電抗器L1、L2、L3的值以及切換電路的接入支路,便可以保證有較好的波形效果。除此之外,在不同的單體串聯(lián)級(jí)數(shù)的情況下,其余的實(shí)現(xiàn)原理和方式和上述一致。本說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容,屬于本專業(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
權(quán)利要求1.一種液流電池模擬器,包括三相電壓型PWM整流器(Hl),其特征在于,三相電壓型 PWM整流器的驅(qū)動(dòng)輸入端依次連接IGBT驅(qū)動(dòng)電路(3)、微處理器( 和電流電壓測(cè)量電路 (1),微處理器( 連接人機(jī)界面(4);三相電壓型PWM整流器的三個(gè)交流輸入端分別一對(duì)一連接可調(diào)電抗器(L1、L2、U)后再一起連接三相交流接觸器(KM),三相交流接觸器(KM) 通過三相隔離變壓器(TMl)連接三相可調(diào)變壓器(TUl)的三個(gè)輸出端,三相可調(diào)變壓器 (TUl)的三個(gè)輸入端分別一對(duì)一連接交流快速熔斷器(FU1、FU2、FU;3)后再一起連接小型斷路器(QFl),三相電壓型PWM整流器的三個(gè)交流輸入端還分別一對(duì)一連接一電容后再相接; 三相電壓型PWM整流器的兩個(gè)直流輸出端之間接有三組切換電路,切換電路由電容(C4、 C5、C6)和連接片(LP1、LP2、LP;3)串接構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液流電池模擬器,其特征在于,所述電流電壓測(cè)量電路(1)包括三個(gè)分別連接在可調(diào)電抗器(Li、L2、L3)和三相交流接觸器(KM)之間的交流電流傳感器(TA1、TA2、TA3)、三個(gè)分別連接在三相隔離變壓器(TMl)的三個(gè)輸出端兩兩之間的交流電壓傳感器(TV1、TV2、TV3)、兩個(gè)串接在三相電壓型PWM整流器的一個(gè)直流輸出端的直流電流傳感器(TA4、TAO、一個(gè)連接在三相電壓型PWM整流器的兩個(gè)直流輸出端之間的直流電壓傳感器(TV4)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的液流電池模擬器,其特征在于,還在三相電壓型PWM整流器的兩個(gè)交流輸入端之間接有一個(gè)交流電壓表(PVl),在三相電壓型PWM整流器的兩個(gè)直流輸出端之間接有直流電壓表(PV2),在三相電壓型PWM整流器的一個(gè)直流輸出端串接有直流電流表(PAl)、分流器(FLl)和直流快速熔斷器(FU4)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種液流電池模擬器,主要包括三相電壓型PWM整流器、IGBT驅(qū)動(dòng)電路、微處理器和電流電壓測(cè)量電路,三相電壓型PWM整流器的三個(gè)交流輸入端分別連接可調(diào)電抗器后再一起連接三相交流接觸器,三相交流接觸器通過三相隔離變壓器連接三相可調(diào)變壓器的三個(gè)輸出端,三相電壓型PWM整流器的兩個(gè)直流輸出端之間接有三組切換電路。本實(shí)用新型采用雙閉環(huán)控制策略來實(shí)現(xiàn)對(duì)真實(shí)液流電池的工作特性的模擬,整個(gè)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便,在電力系統(tǒng)和大容量?jī)?chǔ)能電池研究和實(shí)驗(yàn)中具有實(shí)用價(jià)值。
文檔編號(hào)G01R31/36GK202217040SQ20112022476
公開日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2011年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月29日
發(fā)明者易楊, 易長(zhǎng)松, 毛承雄, 王丹, 謝俊文, 陸繼明 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)