專利名稱：液流電池模擬器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及大容量儲能電池領域，具體涉及一種液流電池模擬器，用以模擬真實的液流電池的工作特性。
背景技術：
液流電池是新型的大容量儲能電池，其中使用比較廣泛的是全礬氧化液流電池。 目前對液流電池的研究尚處于起步階段，有關液流電池在電力系統(tǒng)中的應用的研究也并不常見。由于液流電池的成本比較高、對其特性的研究還不夠成熟，在實際的電力系統(tǒng)的研究和實驗中如果采用真實的液流電池儲能設備，會產生較高的實驗、維護成本，并且受到場地、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，用以模擬真實的液流電池的工作特性，使之能夠廣泛應用于電力系統(tǒng)的實驗與研究中。目前市面上尚沒有液流電池模擬器，而已經研發(fā)出來的光伏電池模擬器一般是以不控整流電路和DC/DC變換器為拓撲電路，能量無法雙向流動，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)明內容本實用新型的目的是提供一種結構簡單、使用方便、模擬電壓等級可調的液流電池模擬器，能實現(xiàn)對真實的液流電池的工作特性的模擬，通過本實用新型可以很好的觀察液流電池運行時直流輸出電流、直流輸出電壓和荷電狀態(tài)(SOC)三者的關系。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整流器的驅動輸入端依次連接IGBT驅動電路3、微處理器2和電流電壓測量電路1，微處理器2連接人機界面4 ；三相電壓型PWM整流器的三個交流輸入端分別一對一連接可調電抗器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連接三相可調變壓器TUl的三個輸出端，三相可調變壓器TUl的三個輸入端分別一對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整流器的三個交流輸入端還分別一對一連接一個電容后再相接；三相電壓型PWM整流器的兩個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串接構成。進一步地，所述電流電壓測量電路1包括三個分別連接在可調電抗器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、三個分別連接在三相隔離變壓器 TMl的三個輸出端兩兩之間的交流電壓傳感器TVl、TV2、TV3、兩個串接在三相電壓型PWM整流器的一個直流輸出端的直流電流傳感器TA4、TA5、一個連接在三相電壓型PWM整流器的兩個直流輸出端之間的直流電壓傳感器TV4。進一步地，還在三相電壓型PWM整流器的兩個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。本實用新型的技術效果體現(xiàn)在本實用新型在現(xiàn)有的模擬器的基礎上進行創(chuàng)新， 可通過調節(jié)三相可調變壓器來達到調節(jié)三相電壓型PWM整流器的兩個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。 通過調節(jié)可調電抗器、改變切換電路以及控制IGBT的開通與關斷，使液流電池模擬器在輸出不同的電壓等級時都能有良好的波形效果。其中，P點模擬液流電池的正極，N點模擬液流電池的負極，通過選取電壓外環(huán)、電流內環(huán)的雙閉環(huán)控制策略，可以達到P、N點之間的輸出電壓完全模擬真實的液流電池充電、放電輸出外特性曲線的效果，提高其實用性。

圖1為本實用新型的電路示意圖；圖2為本實用新型的實施例所模擬的工作特性示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步的詳細描述，但該實施方式不應理解為對本發(fā)明的限制。參見圖2，以單體串聯(lián)級數(shù)為39的液流電池儲能體為例，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，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，本實用新型在使用的時候在A、B、C三個端口接入380V的市電，可以調節(jié)三相可調變壓器TUl的變比，使得隔離變壓器TMl的輸出線電壓為28V。同時，可以調節(jié)可調電抗器Li、L2、L3使其電感值為0. 2mH，通過投切連接片LPl、LP2、LP3，使得實際接入電路的電容為lOOOuF。通過這樣調節(jié)電路參數(shù)可保證在47. 5V 61. 2V的電壓等級內輸出波形良好。在液流電池模擬器啟動前，可以通過人機界面設定初始的荷電狀態(tài)(SOC)、模擬器的容量。當液流電池模擬器啟動工作后，直流電流傳感器TA4、TA5檢測直流輸出電流Io的值，直流電壓傳感器TV4檢測直流輸出電壓Vo的值，交流電壓傳感器TV1、TV2、TV3檢測交流側的電壓值，交流電流傳感器TA1、TA2、TA3檢測交流側的電流值。此時，根據(jù)檢測到的充電、放電電流值Io，以及設定的SOC值，微處理器將根據(jù)圖2的曲面計算得到理論的輸出電壓Vref。將Vref作為參考電壓，與實際直流電壓傳感器檢測到的電壓值Vo進行比較，得到偏差后通過負反饋送入電壓外環(huán)PI控制器，得到電流內環(huán)的電流指令。同時為了方便控制器的設計，在電流內環(huán)采用前饋解耦控制策略，將交流電流傳感器TA1、TA2、TA3檢測到的交流側的三相電流進行dq解耦變換。將電壓外環(huán)的輸出作為電流內環(huán)的電流指令，與實際的 d軸電流和q軸電流進行比較，得到偏差后通過負反饋送入電流內環(huán)PI控制器，得到d軸和 q軸調制電壓。此調制電壓送入到微處理器，由微處理器經過處理后產生PWM波。PWM波被送入到驅動電路，驅動電路產生脈沖信號直接驅動IGBT的開通與關斷。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)，可以使得實際輸出和給定沒有偏差，從而使實際輸出電壓Vo跟蹤參考電壓Vref。最后，微處理器將會根據(jù)當前的S0C、設定的容量、檢測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值作為下一個周期的初始SOC值，然后微處理器開始下一個循環(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)。當液流電池模擬器處于逆變的工作狀態(tài)時，可以通過交流電壓傳感器檢測交流側的并網電壓值、逆變器輸出頻率等，只有符合并網條件后，微控制器才會向三相交流接觸器KM發(fā)出合間命令。此外，所述液流電池模擬器還具有保護功能。當傳感器檢測到的電壓、電流值過大，發(fā)生過壓、過流故障時，將會采取相應的措施，例如停止向開關器件發(fā)生脈沖、接觸器跳閘、熔斷器熔斷等。上述實施方式是以單體串聯(lián)級數(shù)為39的液流電池儲能體為例，如果單體串聯(lián)級數(shù)發(fā)生了變化，則需要重新調整三相可調變壓器TUl的變比、可調電抗器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)級數(shù)的情況下，其余的實現(xiàn)原理和方式和上述一致。本說明書中未作詳細描述的內容，屬于本專業(yè)技術人員公知的現(xiàn)有技術。
權利要求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整流器的驅動輸入端依次連接IGBT驅動電路(3)、微處理器( 和電流電壓測量電路 (1)，微處理器( 連接人機界面(4)；三相電壓型PWM整流器的三個交流輸入端分別一對一連接可調電抗器(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)連接三相可調變壓器(TUl)的三個輸出端，三相可調變壓器 (TUl)的三個輸入端分別一對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整流器的三個交流輸入端還分別一對一連接一電容后再相接； 三相電壓型PWM整流器的兩個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)串接構成。
2.根據(jù)權利要求1所述的液流電池模擬器，其特征在于，所述電流電壓測量電路(1)包括三個分別連接在可調電抗器(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)、三個分別連接在三相隔離變壓器(TMl)的三個輸出端兩兩之間的交流電壓傳感器(TV1、TV2、TV3)、兩個串接在三相電壓型PWM整流器的一個直流輸出端的直流電流傳感器(TA4、TAO、一個連接在三相電壓型PWM整流器的兩個直流輸出端之間的直流電壓傳感器(TV4)。
3.根據(jù)權利要求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整流器的兩個交流輸入端之間接有一個交流電壓表(PVl)，在三相電壓型PWM整流器的兩個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驅動電路、微處理器和電流電壓測量電路，三相電壓型PWM整流器的三個交流輸入端分別連接可調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變壓器的三個輸出端，三相電壓型PWM整流器的兩個直流輸出端之間接有三組切換電路。本實用新型采用雙閉環(huán)控制策略來實現(xiàn)對真實液流電池的工作特性的模擬，整個裝置結構簡單、使用方便，在電力系統(tǒng)和大容量儲能電池研究和實驗中具有實用價值。
文檔編號G01R31/36GK202217040SQ20112022476
公開日2012年5月9日 申請日期2011年6月29日 優(yōu)先權日2011年6月29日
發(fā)明者易楊, 易長松, 毛承雄, 王丹, 謝俊文, 陸繼明 申請人:華中科技大學