專利名稱：一種抗沖擊性電流調(diào)節(jié)方法、調(diào)節(jié)器以及蓄電池電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種清潔能源供電方法及系統(tǒng)，具體涉及一種抗沖擊性電流調(diào)節(jié)方法、調(diào)節(jié)器以及蓄電池電源。
背景技術(shù)：
當(dāng)前偏遠山區(qū)或牧區(qū)的無電戶使用控制逆變一體機發(fā)電來滿足用電需要，如風(fēng)力控制逆變一體機或光伏控制逆變一體機等。將控制逆變一體機發(fā)出的電能儲存在蓄電池中，蓄電池輸出的直流電經(jīng)過逆變器轉(zhuǎn)換成交流電后，向電器供電。當(dāng)電器中冰箱和空調(diào)的壓縮機、微波爐的電機等負載啟動的一瞬間，由于電機定子和轉(zhuǎn)子之間相對運動的速度幾乎為0，即沒有切割磁場的運動，就不會在電路中產(chǎn)生反電動勢；當(dāng)蓄電池的輸出電壓不變時，忽略線圈自感的作用，幾乎所有的輸出電壓都加在了電路的電阻上，因此瞬間的沖擊電流很大。如圖I所示，若蓄電池仍按照穩(wěn)態(tài)電壓I和穩(wěn)態(tài)頻率2輸出，電路中的負載電流3將會形成達到額定負載電流的7 8倍的沖擊電流，電路中的控制逆變一體機、蓄電池等功率元件都將受到影響，嚴重時會導(dǎo)致控制逆變一體機啟動過流保護；蓄電池因沖擊電流過大，影響電池電壓低于額定值而導(dǎo)致控制逆變一體機啟動低壓保護。頻繁啟動的過流保護和低壓保護最終導(dǎo)致整個供電系統(tǒng)的可用性降低?，F(xiàn)有技術(shù)中對沖擊電流的限制方法主要包括1、熱敏電阻法，如發(fā)明專利申請-瞬態(tài)電流緩沖抑制器(公開號CN101335451)就是通過在電路中串聯(lián)熱敏電阻，在負載開機瞬間如果有較大的沖擊電流產(chǎn)生，熱敏電阻能將沖擊電流限制在額定范圍之內(nèi)；但是熱敏電阻法的缺點在于，啟動時熱敏電阻需要一定時間才能到達工作狀態(tài)電阻值，關(guān)閉時熱敏電阻還需要一定冷卻時間將阻值升高到常溫態(tài)以備下一次啟動，這樣如果電機關(guān)閉后馬上開啟，熱敏電阻還沒有變冷這對沖擊電流就失去了限制作用。2、工頻變壓器法，在控制逆變一體機與用電器之間串聯(lián)一個工頻電壓器，當(dāng)電路中的壓縮機、電機啟動產(chǎn)生沖擊電流時，工頻變壓器使輸出電壓下降，但輸出頻率保持不變。雖然相對于穩(wěn)態(tài)電壓的情況下的沖擊電流有所減小，但是并未改變電機性負載的速度，因而沖擊電流仍然比較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種能有效抑制因為負載啟動和斷電產(chǎn)生的沖擊電流，保護電源以及功率器件的抗沖擊性電流調(diào)節(jié)方法，根據(jù)該方法構(gòu)建的抗沖擊性電流調(diào)節(jié)器，以及使用該抗沖擊性電流調(diào)節(jié)器的蓄電池電源。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種抗沖擊性電流調(diào)節(jié)方法，其步驟包括I)在蓄電池的輸出端設(shè)置升壓逆變電路；2)檢測所述升壓逆變電路輸出端的負載電流，并在信號處理器中對所述負載電流進行判斷；3)當(dāng)所述負載電流為沖擊電流時，信號處理器根據(jù)所述沖擊電流的大小降低給定電壓，并實時計算給定電壓對應(yīng)的給定頻率和指令信號；根據(jù)所述指令信號驅(qū)動所述升壓逆變電路，使所述升壓逆變電路輸出隨所述給定電壓變化的輸出電壓和輸出頻率；4)如果所述給定電壓低于負載允許的最小電壓，所述信號處理器將所述給定電壓保持為所述最小電壓，實時計算給定電壓對應(yīng)的給定頻率和指令信號；5)如果所述沖擊電流消失，所述信號處理器將所述給定電壓上升，實時計算給定電壓對應(yīng)的給定頻率和指令信號；6)如果所述給定電壓上升到所述負載的額定電壓，所述信號處理器將所述給定電壓保持為所述額定電壓，實時計算給定電壓對應(yīng)的給定頻率和指令信號。所述控制信號包含用于驅(qū)動功率器件的占空比。所述升壓逆變電路包括升壓全橋和逆變橋，所述指令信號輸入所述升壓全橋和逆變橋的功率器件中。所述信號處理器還對所述升壓逆變電路輸入端的輸入電壓和輸入電流、升壓逆變電路輸出端的輸出電壓進行檢測，之后對所述升壓逆變電路進行反饋控制，用以保證所述升壓逆變電路的輸出電壓和輸出頻率滿足所述負載正常運行的需要。一種抗沖擊性電流調(diào)節(jié)器，其特征在于它包括信號處理器、信號采集模塊和驅(qū)動電路，其中所述信號采集模塊檢測輸出電路的負載電流，并將檢測信號輸入所述信號處理器；所述信號處理器根據(jù)所述負載電流設(shè)置給定電壓，之后根據(jù)所述給定電壓計算給定頻率和指令信號，并將所述指令信號輸入所述驅(qū)動電路；所述驅(qū)動電路根據(jù)所述指令信號驅(qū)動所述輸出電路中的功率器件，使所述輸出電路輸出與所述給定電壓和給定頻率匹配的輸出電壓和輸出頻率；當(dāng)所述負載電流為沖擊電流時，所述輸出電壓和輸出頻率均下降，用以將所述沖擊電流限制在正常范圍內(nèi)。所述信號處理器對所述給定電壓的設(shè)置方法包括A)判斷所述負載電流是否為沖擊電流；B)當(dāng)所述負載電流為沖擊電流時，根據(jù)所述沖擊電流的大小降低給定電壓，并實時計算給定電壓對應(yīng)的給定頻率和指令信號；C)如果所述給定電壓低于負載允許的最小電壓，所述信號處理器將所述給定電壓保持為所述最小電壓，實時計算給定電壓對應(yīng)的給定頻率和指令信號；D)如果所述沖擊電流消失，所述信號處理器將所述給定電壓上升，實時計算給定電壓對應(yīng)的給定頻率和指令信號；E)如果所述給定電壓上升到所述負載的額定電壓，所述信號處理器將所述給定電壓保持為所述額定電壓，實時計算給定電壓對應(yīng)的給定頻率和指令信號。所述信號處理器中包括比較器和電壓調(diào)制模塊；所述步驟A)中，判斷過程在所述比較器中進行；所述步驟B) E)中，設(shè)置所述給定電壓和計算所述給定頻率和指令信號的過程在所述電壓調(diào)制模塊中進行。所述信號處理器為數(shù)字信號處理器或?qū)Ｓ眉呻娐?。一種使用上述抗沖擊性電流調(diào)節(jié)器的蓄電池電源，其特征在于它還包括串聯(lián)的蓄電池、升壓逆變電路，所述升壓逆變電路包括依次連接的升壓全橋、高頻變壓橋、整流橋、逆變橋；所述抗沖擊性電流調(diào)節(jié)器的驅(qū)動電路驅(qū)動所述升壓全橋和逆變橋中的功率器件，所述抗沖擊性電流調(diào)節(jié)器的信號采集模塊采集所述升壓逆變電路輸入端和輸出端的電壓和電流信號。所述功率器件包括CMOS管和/或IGBT管。本發(fā)明的技術(shù)效果如下本發(fā)明的抗沖擊性電流調(diào)節(jié)方法在負載啟動產(chǎn)生沖擊電流時，通過降低升壓逆變電路的輸出電壓和輸出頻率的方式，來限制沖擊電流，使之不會超過安全范圍以保護電路中的功率器件。由于輸出頻率降低，負載中的電機運動速度也降低，負載輸出功率下降，進而拉低了負載的沖擊電流。由于對輸出電壓和輸出頻率的調(diào)整是通過具有數(shù)字處理功能的信號處理器通過調(diào)整用于驅(qū)動功率器件的占空比來是實現(xiàn)的，因而具有響應(yīng)迅速、限制效果好、保護功率器件的特點。本發(fā)明的抗沖擊性電流調(diào)節(jié)器由于采用上述方法設(shè)置，相比于現(xiàn)有的熱敏電阻法，具有可對啟動時間間隔短、反復(fù)啟動的負載產(chǎn)生的沖擊電流進行有效限制的優(yōu)點。相比于現(xiàn)有的工頻變壓器法，由于缺省了體積巨大的變壓器設(shè)備，使整個調(diào)節(jié)器的體積明顯壓縮，且響應(yīng)速度更加迅速。


圖I是產(chǎn)生沖擊性電流時的輸出電壓、輸出頻率和負載電流的狀態(tài)示意2是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意3是經(jīng)過本發(fā)明的方法和裝置調(diào)整后的產(chǎn)生沖擊性電流時的輸出電壓、輸出頻率和負載電流的狀態(tài)示意4是冰箱正常工作時的輸出電壓和負載電流波形圖5是冰箱啟動時不改變給定電壓Uref和給定頻率fMf，輸出電壓和負載電流波形圖6是冰箱啟動時改變給定電壓Uref和給定頻率fMf，輸出電壓和負載電流波形
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行說明。為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。如圖I所示，本發(fā)明的抗沖擊性電流調(diào)節(jié)器4包括信號處理器5、信號采集模塊6和驅(qū)動電路7，信號處理器5的輸入連接信號采集模塊6的輸出，輸出分別連接一驅(qū)動電路7的輸入和另一驅(qū)動電路7的輸入；其中信號處理器5中包括比較器51和電壓調(diào)制模塊52，信號處理器5可以是數(shù)字信號處理(DSP)或?qū)Ｓ眉呻娐?ASIC)等。蓄電池電源包括抗沖擊性電流調(diào)節(jié)器4、蓄電池8、升壓逆變電路、負載端口 10，蓄電池8、升壓逆變電路、負載端口 10依次連接；升壓逆變電路中包括依次連接的升壓全橋91、高頻變壓橋92、整流橋93、逆變橋94和濾波電路95。一驅(qū)動電路7的輸出驅(qū)動升壓全橋91中的功率器件，另一驅(qū)動電路7的輸出驅(qū)動逆變橋94中的功率器件，功率器件包括CMOS管、IGBT管等。信號采集模塊6分別采集蓄電池8輸出端的電壓和電流信號、整流橋93和逆變橋94之間的母線電壓和電流信號、濾波電路95輸出端的電壓和電流信號。信號采集模塊6將采集到的電壓和電流信號輸入信號處理器5的比較器51進行判斷，一方面判斷濾波電路95處是否遇到?jīng)_擊電流，通過調(diào)節(jié)輸出頻率的方式限制負載啟動時產(chǎn)生的沖擊電流；另一方面判斷蓄電池8的輸出電壓是否達到蓄電池8的額定輸出電壓、整流橋93與逆變橋94之間的直流母線電流是否達到額定直流電流、濾波電路95輸出的輸出電壓是否達到整個蓄電池電源的額定輸出電壓，通過反饋控制的方式保證蓄電池電源的正常運行。當(dāng)信號采集模塊6在濾波電路95處采集的輸出電壓Uout低于負載運行的最小電壓Umin，或負載電流Iri。為沖擊電流時。電壓調(diào)制模塊52根據(jù)比較器51的判斷結(jié)果，設(shè)定相應(yīng)的給定電壓Umf,再根據(jù)當(dāng)前給定電壓Uref計算當(dāng)前給定頻率fraf，fMf=kUMf+b,其中k、b為常數(shù)。電壓調(diào)制模塊52調(diào)節(jié)指令信號中的占空比使之與當(dāng)前給定電壓Uref對應(yīng)，驅(qū)動電路7根據(jù)占空比驅(qū)動升壓全橋91和逆變橋94的功率器件，實現(xiàn)對升壓逆變電路的輸出電壓Uout和輸出頻率f；ut的調(diào)整，f^k^ut+b，其中k、b為常數(shù)。使輸出電壓Uout和輸出頻率f；ut隨著電壓調(diào)制模塊52的給定電壓Uref和給定頻率fMf變化而變化，最終達到輸出電壓Uout=給定電壓Uref,輸出頻率f()Ut=給定頻率fMf。由上可知，當(dāng)負載剛剛啟動，電機定子和轉(zhuǎn)子之間相對運動的速度幾乎為O時，濾波電路95處遇到?jīng)_擊電流時，通過給定電壓Uref和給定頻率fMf來降低輸出電壓Uout和輸出頻率f；ut。當(dāng)輸出電壓Urat降低后，沖擊電流也隨之降低，慢慢地電機定子和轉(zhuǎn)子之間具有相對運動；當(dāng)輸出頻率fwt降低后，電機定子和轉(zhuǎn)子之間的相對運動由急速上升變?yōu)榫徛仙姍C的輸出功率P降低，由P=Iric2R可知負載電流Iri。隨即減小，從而達到限制沖擊電流的目的?；谏鲜鲈恚妷赫{(diào)制模塊52的調(diào)制方法包括I)信號米集模塊6檢測某一時刻濾波電路95輸出端的負載電流Iri。,并將該檢測信號輸入比較器51中進行判斷；2)當(dāng)負載電流Iri。達到或超過一定閾值時，比較器51將該負載電流Iri。判定為沖擊電流，電壓調(diào)制模塊52根據(jù)沖擊電流的大小逐步或一次性降低給定電壓Uref,同時根據(jù)給定電壓Uref計算給定頻率fMf，來調(diào)節(jié)升壓逆變電路的輸出電壓Uout和輸出頻率f；ut ;如圖3所示，當(dāng)輸出電壓Uout和輸出頻率fwt均降低時，負載電流I&隨之降低；3)如果電壓調(diào)制模塊52中的給定電壓Uref低于負載允許的最小電壓Umin，則給定電壓Uref保持為最小電壓Umin,以保證負載能夠正常啟動，同時根據(jù)當(dāng)前的給定電壓Uref計算給定頻率fMf，此時輸出電壓Uout=最小電壓Umin、輸出頻率fwt=fmin ；4)如果負載的沖擊電流消退，即負載電流Iri。回到正常的工作電流時，電壓調(diào)制模塊52中的給定電壓Uref上升，同時根據(jù)當(dāng)前的給定電壓Uref計算給定頻率fMf ；5)當(dāng)給定電壓Uref上升到負載的額定電壓U ，給定電壓Uref保持為額定電壓Urv,同時根據(jù)當(dāng)前的給定電壓Uref計算給定頻率fMf。下面是上述抗沖擊性電流調(diào)節(jié)方法及裝置用于無電戶供電系統(tǒng)時，本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)的顯著效果，電路參數(shù)見表I。表I
權(quán)利要求
1.一種抗沖擊性電流調(diào)節(jié)方法，其步驟包括1)在蓄電池的輸出端設(shè)置升壓逆變電路；2)檢測所述升壓逆變電路輸出端的負載電流，并在信號處理器中對所述負載電流進行判斷；3)當(dāng)所述負載電流為沖擊電流時，信號處理器根據(jù)所述沖擊電流的大小降低給定電壓，并實時計算給定電壓對應(yīng)的給定頻率和指令信號；根據(jù)所述指令信號驅(qū)動所述升壓逆變電路，使所述升壓逆變電路輸出隨所述給定電壓變化的輸出電壓和輸出頻率；4)如果所述給定電壓低于負載允許的最小電壓，所述信號處理器將所述給定電壓保持為所述最小電壓，實時計算給定電壓對應(yīng)的給定頻率和指令信號；5)如果所述沖擊電流消失，所述信號處理器將所述給定電壓上升，實時計算給定電壓對應(yīng)的給定頻率和指令信號；6)如果所述給定電壓上升到所述負載的額定電壓，所述信號處理器將所述給定電壓保持為所述額定電壓，實時計算給定電壓對應(yīng)的給定頻率和指令信號。
2.如權(quán)利要求I所述的一種抗沖擊性電流調(diào)節(jié)方法，其特征在于所述指令信號包含用于驅(qū)動功率器件的占空比。
3.如權(quán)利要求2所述的一種抗沖擊性電流調(diào)節(jié)方法，其特征在于所述升壓逆變電路包括升壓全橋和逆變橋，所述指令信號輸入所述升壓全橋和逆變橋的功率器件中。
4.如權(quán)利要求I或2或3所述的一種抗沖擊性電流調(diào)節(jié)方法，其特征在于所述信號處理器還對所述升壓逆變電路輸入端的輸入電壓和輸入電流、升壓逆變電路輸出端的輸出電壓進行檢測，之后對所述升壓逆變電路進行反饋控制，用以保證所述升壓逆變電路的輸出電壓和輸出頻率滿足所述負載正常運行的需要。
5.一種抗沖擊性電流調(diào)節(jié)器，其特征在于它包括信號處理器、信號采集模塊和驅(qū)動電路，其中所述信號采集模塊檢測輸出電路的輸出端的負載電流，并將檢測信號輸入所述信號處理器；所述信號處理器根據(jù)所述負載電流設(shè)置給定電壓，之后根據(jù)所述給定電壓計算給定頻率和指令信號，并將所述指令信號輸入所述驅(qū)動電路；所述驅(qū)動電路根據(jù)所述指令信號驅(qū)動所述輸出電路中的功率器件，使所述輸出電路輸出與所述給定電壓和給定頻率匹配的輸出電壓和輸出頻率；當(dāng)所述負載電流為沖擊電流時，所述輸出電壓和輸出頻率均下降，用以將所述沖擊電流限制在正常范圍內(nèi)。
6.如權(quán)利要求5所述的一種抗沖擊性電流調(diào)節(jié)器，其特征在于所述信號處理器對所述給定電壓的設(shè)置方法包括A)判斷所述負載電流是否為沖擊電流；B)當(dāng)所述負載電流為沖擊電流時，根據(jù)所述沖擊電流的大小降低給定電壓，并實時計算給定電壓對應(yīng)的給定頻率和指令信號；C)如果所述給定電壓低于負載允許的最小電壓，所述信號處理器將所述給定電壓保持為所述最小電壓，實時計算給定電壓對應(yīng)的給定頻率和指令信號；D)如果所述沖擊電流消失，所述信號處理器將所述給定電壓上升，實時計算給定電壓對應(yīng)的給定頻率和指令信號；E)如果所述給定電壓上升到所述負載的額定電壓，所述信號處理器將所述給定電壓保持為所述額定電壓，實時計算給定電壓對應(yīng)的給定頻率和指令信號。
7.如權(quán)利要求6所述的一種抗沖擊性電流調(diào)節(jié)器，其特征在于所述信號處理器中包括比較器和電壓調(diào)制模塊；所述步驟A)中，判斷過程在所述比較器中進行；所述步驟B) E)中，設(shè)置所述給定電壓和計算所述給定頻率和指令信號的過程在所述電壓調(diào)制模塊中進行。
8.如權(quán)利要求5或6或7所述的一種抗沖擊性電流調(diào)節(jié)器，其特征在于所述信號處理器為數(shù)字信號處理器或?qū)Ｓ眉呻娐贰?br> 9.一種使用如權(quán)利要求5 8之一所述的抗沖擊性電流調(diào)節(jié)器的蓄電池電源，其特征在于它還包括串聯(lián)的蓄電池、升壓逆變電路，所述升壓逆變電路包括依次連接的升壓全橋、高頻變壓橋、整流橋、逆變橋；所述抗沖擊性電流調(diào)節(jié)器的驅(qū)動電路驅(qū)動所述升壓全橋和逆變橋中的功率器件，所述抗沖擊性電流調(diào)節(jié)器的信號采集模塊采集所述升壓逆變電路輸入端和輸出端的電壓和電流信號。
10.如權(quán)利要求9所述的一種蓄電池電源，其特征在于所述功率器件包括CMOS管和/或IGBT管。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種抗沖擊性電流調(diào)節(jié)方法、調(diào)節(jié)器以及蓄電池電源，在負載啟動產(chǎn)生沖擊電流時，通過降低輸出電壓和輸出頻率的方式，來限制沖擊電流，使之不會超過安全范圍，對電路中的功率器件造成損害。由于輸出頻率降低，負載中的電機運動速度也降低，負載輸出功率下降，進而拉低了負載的沖擊電流。由于對輸出電壓和輸出頻率的調(diào)整是通過具有數(shù)字處理功能的信號處理器通過調(diào)整用于驅(qū)動功率器件的占空比來是實現(xiàn)的，因而具有響應(yīng)迅速、限制效果好、保護功率器件的特點。
文檔編號H02M1/32GK102931825SQ20121040126
公開日2013年2月13日 申請日期2012年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月19日
發(fā)明者常東來, 王寶珠, 宋風(fēng)才, 王海龍 申請人:中科恒源科技股份有限公司