基于TMS320F28035蓄电池充放装置

基于TMS320F28035蓄电池充放装置 总第47卷第539期 2010年第l1期 电测与仪表 ElectricalMeasurement&Instrumentation Vo1.47NO.539 NOV.2010 基于TMS320F28035蓄电池充放装置 李向昭,朱江南 (1.烟台大学光电信息学院,山东烟台264005;2.辽阳供电公司,辽宁辽阳111000) 摘要:研制了一套基于TMS320F28035集充电,放电功能于一体的蓄电池充放电装 置.该装置采用PWMAC/DC变 流器控制,实现了网侧电流正弦化及单位功率因数,从而大大减少了其对电网的谐 波污染.回馈型放电模式,使 装置具有优良的节能效果.本文详细介绍了充放电装置的硬件和软件设计.实验样 机实现了较好的输入电流跟 踪性能,功率因数接近1,电流纹波小,满足预期技术性能要求. 关键词:蓄电池;充放电装置;单位功率因数 中图分类号:TM912文献标识码:B文章编号:1001—1390(2010)11-0068—03 BatteryCharging-DischargingEquipmentBasedonTMS320F28035 LiXiang—zhao,ZHUJiang—nan,TANGuo—Cheng, (1.SchoolofInformationTechnologyandPhoto-electronics,YantaiUniversity,Yantai2640 05,China. 2.LiaoyangPowerSupplyCo.,Liaoyang111000,Liaoning,China.) Abstract:AnovelequipmentbasedonTMS320F28035isproposedinthispaperwhichcanbe usedincharging—— dischargingstoragebattery.ThedevicedesignedwithPWMAC/DCconverterhastheadvant agesofbi—directional powerflow,lowACharmonicandunitypowerfactor.Owingtotheelectricenergyflowingfro mDCsidetoACside, thedevicehasgoodeffectofsavingenergy.Thepaperintroducesthehardwareandsoftwarede signofchargingand dischargingequipmentindetail.Theexperimentresultsindicatethatgoodtraceperformance ofinputcurrentis realized,unitypowerfactorisrealized,chargecurrenthassmallripple,thesystemdesignedsat isfiestheexpect demands. Keywords:battery,charging—dischargingequipment,unitypowerfactor 0引言流和逆变.在同时满足电流瞬态跟踪指标和谐波抑制 蓄电池是使用最广泛的储能元件,它在生产过程指标时,电感量选为4mH.为兼顾电压外环控制的跟 中需要进行反复充放电来激活蓄电池的活性物质.目随性和直流侧谐波电压的抑制,电容量选为2200~F. 前国内绝大多数蓄电池生产厂家采样晶闸管变流方1.2控制电路设计 式进行充放电,虽然技术成熟,价格低廉,但仍存的网图2示出控制电路的结构.为了降低成本,控制电 侧功率因数低,谐波污染严重等缺点lll.接入变压器进路采用较便宜的隔离运放,电流互感器,变压器作为 行隔离后,虽然在一定程度上减少谐波污染,但不能隔离采样.变压器同时为控制电路供电和电网电 从跟本上解决问题,而且增加了系统的损耗,降低了压同步信号.隔离运放的输出为差分电压,经差分电 效率.本文介绍采用PWM变流技术对蓄电池进行充路后可转化为一个对地电压;电流互感器的输出为电 放电,有效地克服上述不足.同时为了更好地接人市 场,本系统的设计充分考虑到成本因素,在保证系统 性能不变的前提下,尽可能选用便宜的器件. 1硬件电路设计 1.1主电路设计 图l示出系统的主电路拓扑结构.整流桥VSR由6 个开关管全控型器件IGBT组成,通过VSR交流侧电压 的幅值,相位的PWM控制,就能实现单位功率因数整 一 68一 图1主电路结构示意图 Fig.1.Generalstructureofthemaincircuit 总第47卷第539期 2010年第l1期 电测与仪表 EleetricalMeasurement&Instrumentation Vo1.47N0.539 NOV.2010 Z出 ?? l口1 分流器 电阻分压 7800隔离 运放 电流 互感器 采样板变 器 线性斧压芯}f蓑 电流电压转 换 差分 电路 比例 电路 加法电路 TMS320f猖035 CAPIPWM l凳囊}__I嚣电源jJ光耦r—一J电路 图2控制电路示意图 Fig.2.Generalstructureofthecontrolledcircuit 流量,要先转化为电压量.由于TMS320F28035只能采 样0,3V电压量,可用比例电路和加法电路将各个电 压量作处理. 2系统软件设计 2.1TMS320F28035的资源配置 TMS320F28035是?公司2009年推出的Piccolo微 处理器,相对于TMS320F2812,具有单电源供电,价格 低廉等优点.28035的引脚多为复用引脚,可跟据需要 设为普通10口,PWM口,AD口,外部中断口等等.在本 系统的应用中,可将GPIO5,GPIO19,GP1024中的一 个设为捕获口,检测电网同步信号;将GPIO0, GPIO31之中的一个设为外部中断口,接收外部中断; 将7对相互独立的PWM口之中的3对设置成相同的计 数周期,输出PWM波;选16个AD采样口中的5个作为 采样模拟量. 2.2软件实现方法 图3示出控制程序框图,当CAP口捕获到电网过 零点后,进入捕获中断,由捕获得到的值求得电网周 期t.在一个电网周期采样360个点,~IIPWM周期t=/ 360.t2也是三角载波的计数周期,当计数值为0时产生 下溢中断.在每一个PWM周期内完成AD采样,前馈前 耦计算和SVPWM比较计算ll,之后等待下溢中断.下 溢中断产生后,电网角度Acount~[I1,开始新一轮的 PWM采样控制.如果有新的捕获中断产生,程序将开 始新一轮的电网周期的采样控制,电网角度Acount赋 为0. 图4示出前馈解耦控制框图,由采样得到的i.,i, 经前馈解耦算法l】1,得到整流桥VSR交流侧的参考电 压u,."u是整流桥VsR交流侧三相电压合成在旋 转坐标dq下的电压量.再经SVPWM算法就得到驱动 信号.与传统恒压控制不同的是,本控制系统外环反 馈量为蓄电池的电流,实现蓄电池的恒流控制.外环 给定值i出耐为正表示蓄电池为恒流充电,为负表示蓄 电池为恒流放电. 3实验结果 实验样机的基本参数为:电网电压380V三相,交 流侧电感4mH,直流侧电容22001xF,蓄电池电压 700V.充电或放电电流指令值从零开始,线性递增至 10A后恒定不变.实验波形图5和图6所示,为充电电 流,e为线电压,.为A相电流.样机为三线制系统, 图3控制程序框图 Fig.3.Controlsystemblockdiagram 图4前馈解耦计算框图 Fig.4Feedforwarddecouplingcontrolblock diagram 一 69— 总第47卷第539期 2010年第l1期 电测与仪表 ElectricalMeasurement&Instrumentation Vo1.47N0.539 NOV.2010 图5恒流l0A充电时的波形 Fig.5Chargingwaveformat10A 实验中只测到线电压e,而e.比e击滞后30.. 图5中i比e滞后30.,也即e.与i.同相位,实现了 单位功率因数充电.图6中i比e超前150.,也即e.与i 同反位,实现了单位功率因数放电.充电或放电电流 线性变化至10A后保持不变,A相电流的幅值也是先 线性变化后保持不变,系统的动态性能较好,满足设 计要求. 4结束语 实验样机实现了单位功率因数充放电,大大减小 了对电网的污染,同时也提高了效率,符合"绿色电能 变换"和节能的潮流,必将得到了广泛的应用与发展. 参考文献 [1]张崇巍,张兴.PWM整流器及其控制[M】.北京:机械工业出版社,2003. [2]浦志勇黄立培吴学智.三相PWM整流器空间矢量控制简化算法的 研究叫.电工电能新技术2002,21(2). PuZhi-yong,HuangLi—pei,WuXue—zhi.Researchonsimplifiedalgorithm ofthethree-phasePWMrectifierwithspacevectorcontrolIJ1.Advanced TechnologyOfElectricalEngineeringAndEnergy,2002,21(2). 一 70一 图6恒流10A放电时的波形 Fig.6Dischargingwaveformat10A [3]Y.Ye,M.Kazerani,V.H.Quintana.ANovelModelingandControlMethod forThree—phasePWMConverters闭.PowerElectronicsSpecialists Conference,2001.PESC.2001IEEE32ndAnnual,Page(s):102—107. 【4]Deng-keYuan,Guo—qingXu,BoHu,AnXiang,Jin-songKang. ResearchonanovelSVPWMforthree—phaseVSIfJ].VehiclePowerand PropulsionConference.2008.VPPC'08.IEEE.Page(s):l一5. 作者简介: 李向昭(1965一),男,烟台大学光电信息学院,实验师. Emaihlixiangzhao@163.con 朱江南(1975一),女,辽阳供电公司,经济师. 投稿日期:2010—08—02 (杨长江编发)