快速充电装置范文

快速充电装置范文（精选8篇）

快速充电装置 第1篇

关键词：铅酸蓄电池,脉冲,充电装置,IGBT,DSP

1 引言

大部分舰船及部分工矿设备配备铅酸蓄电池[1,2], 用户日益关注其充电速度问题。在提高充电速度的各类方法中, 脉冲快速充电备受关注[3,4]。其基本原理源于马斯定律, 当充电电流接近蓄电池固有充电曲线时, 适时地对蓄电池进行瞬时大电流放电, 可有效提高蓄电池的充电接受能力, 从而延长蓄电池可接受大电流充电的时间, 缩短充电总时间[5]。因此, 能在充电过程中对蓄电池实施大幅值脉冲放电的装置是设计并验证大容量蓄电池脉冲快速充电方案的基础[6]。

2 充电装置的技术指标

脉冲快速充电装置的基本功能是对蓄电池间隔进行脉冲充电和脉冲放电。另外, 完整的充放电试验过程还包括恒流或恒压充电、恒流放电等阶段, 装置也需具备相应功能。装置的功能是对三块串联的容量为700Ah的单体蓄电池进行脉冲充电试验, 根据对脉冲快速充电理论的分析, 其关键技术指标确定为:1. 充放电电压:3.2V~10V。2. 充电脉冲幅值:20A~500A; 充电脉冲宽度:10ms~ ∞ ; 充电脉冲上升沿: ≤ 2ms( 电流500A); 充电脉冲下降沿: ≤ 2ms( 电流500A); 脉冲超调: ≤ ±2.5%。3. 放电脉冲幅值:30A~1000A; 放电脉冲宽度:10ms~ ∞ ;放电脉冲上升沿: ≤ 3ms( 电流1000A); 放电脉冲下降沿: ≤ 3ms( 电流1000A); 脉冲超调: ≤ ±2.5%。4. 充放电脉冲转换时间:≤2ms。5.电流及电压控制误差:≤2.5%。

3 装置总体设计

装置的两种基本工作状态是“降压充电”与“升压放电”, 图1 为装置的主线路图。

蓄电池端电压较低, 降压充电模式下需将输入的交流电降压、整流、调压后给蓄电池充电。此时主电路成为降压斩波电路(Buck Converter),Udc1来自前级整流电路。在一个PWM周期内,VT3 导通时, 电源电压Udc1向负载供电, 负载电压Udc2=Udc1, 负载电流按指数曲线上升;VT3 截止时, 电流经续流二极管D4 续流, 调压器输出电压近似为零, 负载电流呈指数曲线下降。为使负载电流连续且脉动较小, 串联了电感。为提高充电电流的控制精度,DC/DC的输出端包括两个独立回路, 根据输出电流的范围择一使用: 充电电流为0A~300A时, 使用L1、C2 回路; 充电电流为250A~1000A时, 使用L2、C3 回路。两个回流中电容、电感的值不同, 采用的电流传感器也不同, 能确保电流在两个区间内都获得良好的测量精度和控制精度。

放电时, 蓄电池的端电压较低, 不易准确控制其放电电流, 因此将端电压升压后进行放电。此时主电路为升压斩波电路(Boost Chopper)[7]。一个PWM周期内,VT4 导通时, 蓄电池作为电源Udc2向电感L(L1或L2) 充电, 充电电流基本恒定, 同时大容量电容C1上的电压经VT2 向负载放电。C值较大, 可基本保持输出电压Udc1为恒定值。VT4 关断时,Udc2和L共同向电容C1充电并向负载电阻提供能量。

4 硬件设计

4.1 主回路

(1) 主回路充电电源的方案选择

主回路中充电电源有高频开关电源和相控整流电源两种方案。高频开关电源的综合性能高于相控整流电源,采用由IGBT构成高频开关电源的方案。

(2) 主回路电抗器、变压器及电容

电抗器额定参数: 电压0.4KV, 容量0.43Kvar,电感0.015mh。变压器变比8:1, 容量15k VA, 原边电压380V, 原/ 副边为星/ 角接法。输出滤波电容耐压500V, 容量500μF, 当其电压达到150V时进行过压保护。

(3) 放电负载及相应控制电路

放电负载为温度系数小、散热性好的线编式无感电阻器。三块蓄电池串联放电功率不超过9k W。用IGBT控制放电电阻的投切。按放电功率15k W计算, 若升压后的放电电压Udc=75V,I=200A, 则R=0.375Ω。

将放电电阻接入主电路形成放电回路的是FF450R06ME3 型IGBT模块[8]。它包含两个IGBT, 充电时,VT1 通,VT2 断; 放电时,VT1 断,VT2 通。这样可省去通过电压或其他手段对充放电模式的判断。

(4) DC/DC部分的IGBT选型

选用FF600R06ME3 型IGBT模块, 它包含两个IGBT(VT3、VT4)。单个模块不能满足恒流充电1000A的要求, 因此实际电路中并联使用两个IGBT( 图中只画出一个作为示意)。

(5) 线路上的相关电压、电流计算

图1主线路中各主要点的选型数据计算如下,

A:AC380V、AC23A;

B:AC47.5V、AC184A;

C:DC65V,DC231A;

D:DC75V、DC240A;

E:DC10V、DC300A;

F:10V、1500A。

选择器件和导线时增加20%~30% 的裕量, 确保系统稳定可靠。

4.2 DSP核心控制板

DSP核心控制板与信号调理板通过扁平电缆连接,从而取得各路模拟量信号, 经A/D转换成为数字量信号, 软件根据各路输入信号及上位机的给定控制IGBT。

4.3 信号调理板

装置中包括DSP系统的信号调理板和工控机的信号调理板。工控机对各路模拟信号进行调理采集的目的是对充放电过程中蓄电池的相关参数进行记录, 同时根据外部指令及检测到的参数向DSP发送转换充放电阶段等指令。DSP系统对各路模拟信号采集是为了精确控制充放电过程中的各项参数。两块调理板设计思路相同。

DSP信号调理板包含主电路电压、电池电压、输出回路电流等模拟量的信号处理电路、与工控机的接口电路、PWM输出电路等部分。

(1) 主电路电压信号处理电路

需要对主电路中的三路电压进行检测: 输入的交流电经变压、整流后的直流电压Udc;DC/DC调压器输出的两个直流回路的电压Udc1、Udc2。

(2) 电池电压信号处理电路

需要分别测量串联的三块蓄电池的端电压。三块电池的电压测量电路相同, 第一块电池的测量电路如图2所示, 采用LF347 运放。

(3) 输出回路电流信号处理电路

为提高蓄电池充电电流的控制精度,DC/DC的输出端分为两个回路。大、小电流回路分别选用SV2T2000C400V7 和LF305-S直流电流互感器, 测量范围分别为±2000A、±300A。大电流回路电流测量电路如图3所示。

(4) 与工控机的接口电路

DSP与工控机通过RS232 接口进行连接, 接口芯片为SP3232E。工控机与DSP间的信号电缆长度约1m,通信速率为9.6kbps。

(5) PWM输出电路

DSP控制板的信号调理板含有PWM输出电路。系统中共有三个IGBT模块, 图1 中DC/DC部分有两个并联的IGBT模块( 每个模块内有两个IGBT) 需要四路PWM信号, 投切电阻的一个IGBT模块需要两路PWM信号, 因此共有六路控制信号。每路输出的硬件电路是相同的, 其中投切电阻的一个IGBT的控制输出电路如图4 所示,PWM3A、PWM3_A分别为输入信号和输出的驱动信号。TLP250 为IGBT和MOSFET专用光耦驱动器。

4.4 工控机及数据采集卡

DSP系统对充放电试验过程中的蓄电池电流、电压、温度等参数进行采集的目的是实时控制充放电过程, 但其存储设备容量小, 因此采用工控机数据采集系统对上述参数进行高速率采集并存储, 以便试验完成后对充放电过程中蓄电池的状态进行分析。选用IPC610L工控机构建数据采集系统, 配套PCI-1716 高分辨率多功能卡。该卡有一个250K/s的16 位A/D转换器;1K用于A/D的采样FIFO缓冲器; 提供16 路单端或8 路差分模拟量输入。

5 软件设计

5.1 DSP控制板软件

DSP控制板软件的主要功能是对主要电气参数进行AD转换; 接收上位机指令; 生成PWM脉冲信号驱动IGBT; 完成闭环控制; 控制保护电路实现保护功能。主程序流程如图5 所示。

DSP的具体工作流程:DSP上电, 系统初始化, 检测是否接收到工控机发出的控制命令, 包括工作模式指令和参数的设置等。如果接收到命令,DSP进入正常工作程序中,通过内部的PWM信号生成器来完成PWM控制。

首先启动定时器,DSP实时采样电压、电流等参数,如果是无故障状态, 则将工控机传来的给定值和采样值进行对比、分析、计算, 调整合适的调制比和脉宽, 通过闭环控制使输出的电压、电流波形和设定值相一致;如果检测到故障发生, 则闭锁脉冲, 停止输出以保护设备。如果接收到工控机发出的结束命令或者计时结束,则闭锁脉冲, 停止输出, 并且保存数据。

5.2 工控机显控软件

显控软件得到操作人员的控制命令后进入工作程序。它采集系统的电压、电流等数据并实时显示、存储;根据采样值及给定值进行分析计算; 根据运行状态向DSP发送转换充电阶段等控制指令。

显控软件主界面如图6 所示, 主要包括: ①充放电阶段的添加: 包括恒流充电、恒流放电、恒压充电、脉冲充电等模式。②脉冲模式参数设置: 充电脉冲幅值、脉冲宽度、放电脉冲幅值、脉冲宽度、前零流时间( 放电脉冲转换到充电脉冲的间隔时间)、后零流时间、静置时间, 阶段跳转条件( 满足设定的安时数、总时间、零流电压、充电电压条件时跳至下一阶段)。③其他窗口: 参数曲线实时显示窗口、报警窗口、当前阶段参数显示窗口等。

6 结束语

综合采用电力电子技术、DSP控制技术设计了脉冲快速充电装置。该装置可简单、可靠地实现充电模式与放电模式的转换; 通过采用两条输出回路的方式提高了对充电电流的控制精度高; 通过升压放电方式提高了放电电流的控制精度。目前该装置已在蓄电池充放电实验室应用, 其灵活的参数设置为验证各类脉冲充电方案提供了良好条件。

参考文献

[1]韩旗.船用阀控式密封铅酸蓄电池的失效模式及维护技术研究[J].船电技术,2011,(4):19-22.

[2]孙晓娟,杨家宽,张伟等.铅酸蓄电池在混合电动汽车中的应用现状与研究进展[J].蓄电池,2013(05):201-208.

[3]郭毅锋,王志福,黄丽敏.铅酸动力电池带负脉冲充电方法实验研究[J].计算机测量与控制,2012(10):2735-2738.

[4]刘玉杰,姜印平,孟祥适.关于快速脉冲充电技术的研究[J].蓄电池,2004,(2):71-73.

[5]钟静宏,张承宁,张旺.电动汽车的铅酸蓄电池快速脉冲充电系统[J].电源技术,2006,(6):504-506.

[6]郭毅锋.带负脉冲铅酸电池充电系统的设计与分析[J].低压电器,2011,(8):23-25.

[7]李永东.现代电力电子学[M].北京:电子工业出版社,2011:37-75.

聪明药让大脑快速充电? 第2篇

熬夜的大学生经常会向朋友索讨处方药利他灵(Ritalin)；面对期限压力的软件设计师或想维持思路敏捷的企业经理人，则会服用新一代的提神药莫待芬宁(modafinil)。爱用者信誓旦旦，宣称药物的作用不只是如一杯咖啡能让人保持清醒，还能让人的注意力如镭射般集中，足以吸收课本中的各个细节，或解释债务抵押债券的奥义。

根据美国政府在2007年搜集的资料，超过160万名美国人在一年内曾因非医疗目的而使用需要处方的兴奋剂。据说在美国某些大学校园内，有1／4的学生使用这类药物。2008年《自然》进行了网络调查，来自60个国家、共1427名参与者中，20％的人坦承他们曾使用缓解怯场的药物。服药者最常用的理由是需要改善注意力，而药物来源通常是网络或医生。

2008年，一群伦理学家和神经科学家在《自然》上发表评论，以充满争议的立场，提出应该改变“药物主要用来治疗疾病”的观念，只要神经兴奋药物能通过安全和效能测试，就应开放大众使用，来提升学生或上班族的表现。文中引用这些药物增进记忆力和各种心智功能的证明，并指出：“对我们这样独特创新且力图改善自我的物种来说，认知促进药物和教育、良好健康习惯及资讯科技同等重要。”

然而并非所有人都认同这种想法。有些研究人员和伦理学家质疑这类会改变心智运作的药物，真的能像非处方止痛药、咖啡或茶一样安全无虑、随便摄取吗?

美国加州大学尔湾分校研究员史万森(James Swanson)曾参与安非他命缓释剂和莫待芬宁治疗ADHD的临床测试，他说：“人们说认知促进剂就像为了矫正视力而戴眼镜一样，但他们不了解如果很多人都可取得这些药物会带来的危险，其中少部分人可能会上瘾，有些人心智功能可能反而衰退，这就是为什么我会反对普遍使用这些药物。”这和英国家庭办公室的观点一致，英国政府正等待咨询小组评估促进剂在非医疗用途下可能造成有害效应的报告，再决定是否需要拟定新法规。

一种新型快速脉冲充电电路的设计 第3篇

电动自行车具有使用方便、灵活、环保、节能等特点。电动自行车使用传统的铅酸蓄电池成本低、容量大, 但是不耐用, 需充电频繁, 而且一次充电饱和, 一般可以行驶三十公里左右 (因电池容量的不同差异较大) , 不便于远距离行驶。而且充电时间长, 充电完毕需费时数小时时间[1~5]。

本文针对电动自行车充电器充电慢问题, 采用PWM正负脉冲充电方式充电, 可以在较短时间内完成快速充电, 解决使用电动自行车远距离行驶的困扰。采用PWM正负脉冲充电方式对电池充电可以延长电池的使用寿命, 缩短电池充电时间。

2 蓄电池的充电方法

PWM正负脉冲充电方式是用脉冲电流对电池充电, 之后让电池放电, 如此反复循环。在本设计中采用NE555多谐振荡器作为脉冲产生电路, 经过十进制计数器CC4017转换为正负脉冲对电池进行充放电, 放电脉冲的电流值很大, 宽度很窄, 通常放电脉冲幅值为充电脉冲的3倍左右。放电脉冲的幅值与电池容量有关, 但是与充电电流幅值的比值保持不变, 脉冲充电时, 充电电流波形如图1所示。

3 快速脉冲充电结构设计

3.1 脉冲式充电器的电路结构

图2所示是脉冲充电器电路结构, 主要包括:电路滤波、一次整流滤波、PWM变换器、二次整流滤波、脉冲电路、充放电电路和反馈控制。与普通理论电源电路相比, 该电路采用脉冲产生电路与充放电电路部分相组合结构。

3.2 快速脉冲充电总体电路设计

总体电路设计图如图3所示。各元件标参数值如表1所示。

如图3所示, 由NE555时基电路组成的多谐振荡器的脚3输出的脉冲方波送到十进制计数器CC4017的脚14, CC4017的十个输出端将轮流输出高电平。当脚1至脚5输出高电平时, Q1导通, 然后Q3导通, 直流电压通过Q3与R5对电池进行大电流充电。当脚6与脚7输出高电平时, Q1与Q3因没有驱动电平而截止。在此期间通过电压比较电路, 测量电池两端的电压, 判断电池是否充满。当脚8、9输出高电平时使Q2导通, 电池通过电阻R6进行放电。当脚10与脚11输出高电平时, Q2截止。如此反复循环。以正负脉冲的形式给电池进行充放电, 脉冲充电方式不仅可以防止蓄电池充电时的极化现象, 而且还可以大大加快蓄电池的充电速率。

3.3 PWM正负脉冲产生电路设计

由NE555多谐振荡器和CC4017十进制计数器组成的PWM正负脉冲产生电路如图4所示。

由NE555多谐振荡器产生的矩形脉冲作为CC4017十进制计数器提供时钟输入脉冲, 通过调节R8的阻值大小可以改变脉冲宽度。CC4017的十个输出引脚轮流输出高电平, 将其引脚顺次任意连接起来, 便可形成脉冲宽度可调的正负脉冲。

3.4 核心元件

3.4.1 NE555多谐振荡器

555定时器是一种多用途的数字模拟混合集成电路, 它含有2个电压比较器, 一个RS触发器, 一个放电开关T, 比较器的参考电压由3只5KW电阻器构成的分压器提供。分别利用555组成的多谐振器来实现脉冲发生电路。电路及输出波形见图5。

图5 (左) 由555定时器和外接元件R1、R2、C构成, 将555的2端与6端连接在一起成施密特触发器, 然后再3端经RC积分部分回输入端便构成多谐振荡器。在此设计中利用电源通过R1、R2向C充电, 以及C通过R2向放电端放电, 使电路产生震荡。电容C在1/3VCC和2/3VCC之间进行充电和放电, 产生脉冲波形, 其输出波形如图5 (右) 所示。通过改变R和C的参数即可改变振荡频率, 此时输出V0为矩形波。

3.4.2 CC4017十进制计数器

CC4017是一片5位计数器, 具有10个译码输出端及CPCR和INH 3个输入端, 时钟输出端CP的施密特触发器对输入时钟脉冲的上升和下降时间无限制, 但具有脉冲整形功能。禁止端INH为低电平时, 计数器在时钟上升沿计数, 反之, 计数功能无效;清零端CR为高电平时, 计数器清零。Johnson计数器提供了高速运行, 2个输入译码选通和无毛刺译码输出。其中防锁选通保证了计数顺序的正确。一般译码输出为低电平, 只有在对应时钟周期内才保持高电平, 在每10个时钟输入周期输出CO信号完成一次进位, 并用作多级计数器的下级脉冲时钟。CC4017的逻辑逻辑结构和引脚结构如图6、图7所示, CC4017的功能表如表2所示。图中各引脚的功能为CO:仅为脉冲输出端;CP:时钟输入端;CR:清零端;INH:禁止端;VDD:正电源;VSS:地;Q0~Q9:计数脉冲输出端。

3.4.3 电压比较电路

电压比较器电路如图8所示。

电压比较电路对输入信号进行检测与比较, 是组成非正弦发生电路的基本单元电路, 在测量和控制中应用相当广泛。电压比较电路的基本功能是能对2个输入电压的大小进行比较, 判断出其中哪一个比较大, 比较的结果用输出电压的高电平和低电平来表示。电压比较电路可以采用专用的集成比较器, 也可以采用运算放大器组成。由集成运算放大器组成的比较器, 其输出电平在最大输出电压的正极限值和负极限值之间摆动, 当要和数字电路相连接时, 必须增添附加电路, 对其输出电压采取箝位措施, 使其高低输出电平, 满足数字电路逻辑电平要求。

在本设计充电过程中, 电压比较电路的被测输入电压为电池电压, 即连接在电池的正端, 也就是快速脉冲充电器总体电路的输出端 (见图3) 与电压比较器的被测输入端相连接。被测输入电压进入电压比较电路中, 与基准电压进行比较, 当输入电压值小于基准电压时, 电池继续充电;当输入电压大于基准电压时, 则停止充电, 发光二极管熄灭。

4 仿真及验证结果

对上述电路结构进行仿真。结果分别如图9、10、11所示。图9为NE555多谐振荡器仿真输出波形, 电源通过R1、R2向C充电, 以及C通过R2向放电端放电, 通过调节电阻R8来调节占空比, 使电路产生震荡, 图10是555定时器组成的多谐振荡电路输出脉冲仿真波形。CC4017接受555定时器的脉冲, 将其转换为正负脉冲, 引脚输出的信号轮流给蓄电池充电。图11为蓄电池充放电过程电压仿真波形, 接受CC4017输出的PWM正负脉冲给蓄电池充电。

5 结束语

铅酸蓄电池因其价格低廉、供电可靠、电压稳定等优点, 被广泛应用于生产、生活多个领域。目前市场上铅酸蓄电池充电器电池的充电方式有很多种, 但大多数不能解决充电过程中的极化现象, 极化现象严重影响电池性能及其使用寿命。本文利用CC4017十进制计数器和555组成多谐振器, 设计出脉冲式快速充电器。该充电器提高充电速率, 解决充电器的极化现象, 延长蓄电池的使用寿命, 应用于电动自行车可使车辆充电更为便捷。

参考文献

[1]陈志平, 铅酸蓄电池快速充电技术的研究[J].电动自行车.2009, (1) :26-29.

[2]赵光明.蓄电池快速充电方法研究[J].通信电源技术.2012, 29 (4) :128-130.

[3]钟静宏, 张乘宁, 张旺.电动汽车的铅酸蓄电池快速脉冲充电系统[J].电源技术, 2006, 30 (6) :504-506.

[4]汤秀芬, 米晨, 魏凤兰.VRLA蓄电池用慢脉冲快速充电器的设计[J].电源技术, 2008, 32 (1) :56-58.

快速充电装置 第4篇

1 定时控制法

这种控制方法简单, 就是根据电池的容量和充电电流, 很容易确定所需的充电时间。但是由于电池的起始充电状态不完全相同, 有的电池充不足电, 有的电池过充电, 因此, 只有充电速率小于0.3C时, 才允许采用这种方法。

在具体电路中, 一般可采用以下方法:定时电路关断充电电源实现充电或将控制电路设计成定时程控器, 当充电到设定的时间后程控器即输出一个关门脉冲关断充电回路。这种控制方式的优点是结构简单、成本低, 缺点是难于达到电池满充电状态, 需要进行补充充电。

2 电压控制法

在电压控制法中, 最容易检测的是电池的端电压。常用电压控制法有4种。

一是最高电压 (Vmax)

从充电特性曲线可以看出, 电池电压达到最大值时, 电池即充足电。充电过程中, 当电池电压达到规定值后, 应立即停止充电。这种控制方法的缺点是:电池充足的最高电压随环境温度充电速率而变, 而且电池组中各单位电池的最高充电电压也有差别, 因此采用这种方法难准确判断电池已充足电。

电压控制法是利用被充电池的端电压来实现停止充电控制的。具体方法是在电池充电过程中不断地对电池电压进行检测, 当电池电压达到规定值以上时, 停止充电。这种控制方式控制电路虽简单, 但对于电池温升或充电过程电压负增量的时间过久而损坏电池, 通常采用0ΔV控制法。这种方法的缺点是:充足电以前, 电池电压在某一时间内可能变化很小, 从而造成过早地停止快速充电。为此, 目前大多数氢镍电池快速充电器都采用高灵敏-ΔV检测, 当电池电压略有降低时, 立即停止快速充电。

四是电压二次导数 (D2V/Dt2)

这种控制方法是通过检测电池电压的二次导数来实现控制的。实验证明, 当电池在充足电时, D2V/Dt2将达到某一个确定的值, 此时结束充电即可。充电控制芯片就是采用这种充电控制方法的, 这种控制方法相对来讲更加安全可靠, 但测试技术却相对复杂。随着测试技术的发展, 这种控制方法己有较多应用。

3 温度控制法

为了避免损坏电池, 电池温度过低时不能开始快速充电, 电池温度上升到规定数值后, 必须立即停止快速充电。常用的温度控制方法有:

一是最高温度 (Tmax)

充电过程中, 通常当电池温度达到45℃时, 应立即停止快速充电。电池的温度可通过与电池装在一起的热敏电阻来检测。这种方法的缺点是热敏电阻的响应时间较长, 温度检测有一定滞后, 同时, 电池的最高工作温度与环境温度有关, 当环境温度过低时, 充足电后, 电池的温度也达不到45℃

二是温升控制 (ΔT)

为了消除环境温度的影响, 可以用温升控制法。当电池的温升达到规定值后, 立即停止快速充电。为了实现温升控制, 必须用两只热敏电阻, 分别检测电池温度和环境温度。

温度变化率 (ΔT/Δt) 氢镍和镍镉电池充足电后, 电池温度迅速上升, 而且上升速率ΔT/Δt基本相同, 当电池温度每分钟上升1℃时, 应当立即终止快速充电, 这种充电控制方法, 近年来应用也较多。这里要指出是由于热敏电阻的阻值与温度关系是非线性的, 因此, 为了提高检测精度应减小热敏电阻非线性的影响。

三是最低温度 (Tmin)

当电池温度低于10℃时, 采用大电流快速充电, 会影响电池的寿命。在这种情况下, 充电器自动转入涓流充电, 待电池的温度上升到10℃后, 再转入快速充电。

4 出气率控制法

出气率控制法是利用某些电池充足电后出气率增加较大的特性面是实现停充控制的。与温度控制法不同的是这里的检测无件为气敏传感器。

5 最小电流控制法

最小电流控制法是通过不断检测电池的充电电流, 当充电电流值跌落到一个下限值 (典型下限值为限流值的5%) 时停止充电, 这里指的最小电流是一个相对的概念。这种方法仅适用于采用恒压快充模式的锂电池停充控制。

为了保证在任何情况下, 均能准确可靠地控制电池的充电状态, 可将快速充电器中设计制作成包括定时控制、电压控制、温度控制等综合控制技术。当前, 综合运用这些方法的快速充电器已得到广泛运用。

摘要：针对防止电池过充、过热影响电池使用寿命的现象, 现简要阐述几种快速充电终止控制方法。

电动汽车充电远程监控装置研究 第5篇

关键词：电动汽车,充电,远程监控,GSM通信,Android系统

1 概述

由于目前的充电桩、特别是用户充电桩大多数不具备与车主进行信息交换的功能,对车辆的充电状况,需要车主到车上观察仪表才能掌握,这给广大车主带来了很多不便,特别是在生活节奏加快的现代社会,更是一种迫切需要解决的问题。因此有必要研制一种与电动汽车相配套的汽车电池充电监控装置,该装置除确保充电安全外,还具有与车主的手机进行通讯的功能,使车主能在不影响工作和休息的条件下对车辆的充电状况进行实时的有效的监控。该装置应设计成不仅能与公共充电桩配套使用,而且也能适用于在廉价的用户充电桩上使用,即使是车主在家中拉一条电源线进行充电,也能使用。

2 整体架构的设计

本文研究一种使用方便的汽车充电远程监控装置的设计与实现技术,主要研究内容包括:

电动汽车充电远程监控装置的硬件与软件实现。本文的目的是完成电动汽车充电远程监控装置的设计,因此必须在硬件电路的基础上完成全部软件调试,以证明设计的可行性。

本文所涉及的硬件主要有单片机、GSM模块和手机。为完成硬件和软件设计,涉及到GSM模块与单片机的连接、基于GSM模块的短消息工作流程、串行通信接口对短消息控制的模式、短消息AT指令,手机应用软件设计相关的Android系统构架、Android系统四大组件、Intent及Android Manifest.xml配置文件等背景知识。

本文设计并实现了电动汽车电池充电远程监控装置的下位机系统。设计了电源开关模块、电源及信号调理模块、控制与通信模块,重点对控制与通信模块(包括GSM模块)的软件流程进行了研究,编写了相应的软件并成功地进行了通信试验,证明了本装置设计的可行性。

最后还要实现了一个基于Andriod系统的手机APP(上位机)。在分析目前社会流行的手机市场情况和大众的使用习惯后,确定以Android操作系统为基础编写上位机应用软件。整体架构的设计如图1所示。

2.1 电源开关模块

电源开关模块的功能是连接充电桩的电源,控制向汽车电池充电。它内部接触器的供电触头处于常开状态,需要进行充电时,通过一个启动按钮人工控制闭合。在出现充电桩输出电压异常、充电电流异常、电池完成充电时,将自动或受单片机控制自动切断充电桩与汽车电池的连接,亦可通过车主手机发出的停止充电信号控制其断开。

2.2 电源及信号调理模块

电源及信号调理模块的功能是:

1)为本装置的车载部分供电;

2)测量充电桩电压信号,发现超压时,自动切断供电电源;

3)将充电电流转换为单片机可以采样的电压信号。

2.3 控制及通信模块

本模块由模数(A/D)变换模块、单片机模块、GSM模块以及SIM卡等组成。

控制及通信模块的功能是:

1)采集充电电流信号,发现电流异常(电流过大)时,自动控制断开电源开关,并通过GSM模块向车主发出过流短信;

2)采集充电电流信号,发现充电电流小于某一规定值后,即认为充电任务已实际完成,自动控制断开电源开关,并通过GSM模块向车主发出“充电完成”短信;

3)定时采集充电电流信号,进行电池已充电量累计统计,在车主询问时,通过GSM模块以短信回复;

4)具有和手机之间进行双向通信的能力,当车主发出中止充电信息时,控制断开电源开关。

2.4 手机

手机是本装置的上位机,其功能是与本装置的车载部分(下位机)进行双向通信,接收下位机发出的信号,并对于下位机进行控制。

3 控制及通信功能的软件实现

3.1 编程与调试环境构建

使用Keil u Vision2作为单片机C语言软件开发系统,它是德国Keil Software公司出品的,该环境使用接近于传统C语言的语法来开发,可有效提高工作效率和缩短项目开发周期。该集成开发环境包含:编译器,汇编器,实时操作系统,项目管理器,调试器。

3.2 短消息的串口通信函数

短信息的发送采用查询方式,通过循环查询条件,需要时执行相应动作。其发送函数send_uart将命令或数据送到数据缓冲寄存器SBUF中,TI复位。短信息的接收采用串口中断方式,当串口中断时,便判断是否为新消息,进一步执行相应动作,通过编写接收函数从数据缓冲寄存器SBUF中读取数据,RI复位。

3.3 GSM模块初始化

通过单片机发送AT指令对GSM模块的TC35进行初始化设置。

第1步发送“ATE0”指令关闭回显;

第2步发送“AT+CMGF=0”指令选择短消息信息格式为PDU编码模式;

第3步发送“AT+CNMI=2,2,0”指令设定接收到短消息,短消息储存到SIM卡,并且向TE发出通知。如果在数据线被占用的情况下,先缓冲起来,待数据线空闲,再通知;

第4步发送PDU模式16进制数据编码。

在程序编制中,单片机向GSM模块每发送1条AT指令,都要以1个回车符和换行符来结束该指令。回车符和换行符的ASCII编码分别是0x0d,0x0a,在程序中每次均需要使用通信函数send_uart(0x0D),send_uart(0x0A)来完成回车符和换行符的动作。单片机向GSM模块发送PDU模式的16进制数据编码后,还需要发送Ctrl+Z,它的ASCII编码是0x1A,在程序中也要调用通信函数send_uart(0x1A)来完成Ctrl+Z的动作。

3.4 单片机初始化

单片机初始化主要是设置串口、寄存器、定时器等参数。

3.5 通信与控制软件流程图设计

通信与控制软件牵涉到单片机与GSM模块,根据设定的通信与控制任务,其流程图如图2所示。图中所设置的Flag标志的含义如下:Flag=0表示充电异常,Flag=1表示中止充电,Flag=2表示充电完成。

4 上位机的软件实现

4.1 Andriod开发软件平台与环境构建与选择

因为要使用Java语言开发环境,故首先下载安装JDK,然后配置JDK,需要设置JAVA_HOME、Path、Class Path等环境变量。

1)Andriod studio软件开发工具

选择使用了Andriod studio软件开发工具,它提供了用于Android开发与调试的集成开发环境。Andriod Studio比过去常用的开发工具Eclipse更快,更智能,很多相关联的语句都可以自动完成添加,同时它整合了Gradle构建软件与Git版本控制软件,有效地提升了应用软件的开发效率,降低了错误率与劳动强度。Andriod studio软件开发工具的界面如图3所示。

2)Genymotion模拟器

Genymotion模拟器是基于Oracle VM Vitual Box虚拟机的,它的速度快,操作流畅,只要下载相应的手机操作系统,可以支持多种设备。图4为Vitual Box虚拟机与Genymotion模拟器界面。

4.2 上位机总体设计

上位机软件设计中,选用占市场份额70%以上的Android系统为手机平台,使用Java语言编程,综合运用了广播、通知、活动、SQLite数据库、后台服务等Android组件进行编程,程序模块之间耦合度低,人机界面简洁易用,便于操作使用。其总体设计流程图如图5所示。

5 结束语

提出了一种可对电动汽车电池充电状况远程监控的下位机设计,配合车主的手机(即上位机,需安装专用的应用软件),即可对汽车已充电量、充电完成情况、充电过程的安全性、按车主需要终止充电等进行远程监控。

参考文献

[1]陈良亮,张浩,倪峰,等.电动汽车能源供给设施建设现状与发展探讨[J].电力系统自动化,2011(14):11-17.

[2]赵明宇,王刚,汪映辉,等.电动汽车充电设施监控系统设计与实现[J].电力系统自动化,2011(10):65-69.

[3]范佳,鲁涛,胡成潇,等.汽车充电桩短信报警系统[J].山东工业技术,2016(2):136-137.

[4]马潮.嵌入式GSM短信息接口的软硬件设计[J].单片机与嵌入式系统应用,2003(7):21-24.

快速充电装置 第6篇

0 引言

随着科学技术的发展, 设备在固定资产中的比重逐渐加大, 尤其是以设备为主要生产动力或盈利手段的企业, 设备管理也成为企业内部工作中一项重要的内容。以往的设备管理系统由于存在不易于维护、更新及实现数据共享, 以及设备管理分散、信息透明度低等问题, 导致设备配置和分配不合理, 利用率低、故障率高等问题, 因此难以满足企业的现代化管理要求。然而, 现代通讯网络技术的快速发展和Internet应用的普及, 特别是Web技术的出现, 加快了企业设备管理现代化的步伐, 各企业正在进一步探究一种能够信息资源共享, 管理统一, 经营效率高的设备管理新模式。本文以B/S为模式的基于Web的快速充电设备 (电动车和手机) 管理系统的开发为例, 探究如何实现易于实现信息发布、数据查询、设备管理、并且系统易于维护更新的系统的开发。

1 系统需求

电动车和手机快速充电业务管理信息系统的目标是实现对客户、用户、设备信息以及数据的有效管理, 根据管理员的要求, 使用本系统的管理员希望可以分别根据客户和设备的编号实现对客户和设备的有关信息查询、添加、修改和删除以及对某段时间内用户的结算情况查询、添加、修改和删除, 还可以智能的计算出当前查询结算的总额。与此同时, 还可以根据充电设备的相关信息, 对充电设备进行维修和调拨处理。为了对设备的管理更加有效合理, 管理者和客户还可以通过用户做出的问卷, 及时了解用户的需求, 加强对市场变化的应对能力, 为市场决策提供有力的支持, 保证自己在激烈的社会竞争中处于不败之地。

2 系统功能结构分析

根据系统的需求求和数据库的设计, 系统的主要结构和功能可以分为三个大模块:管理员登录、用户登录、客户登录。他们的主要结构和功能分别如图1、图2、图3。

通过对客户、用户、设备信息和用户结算数据等的详细分析, 该系统确立了管理员登录模块、客户登录模块、用户登录模块。各个功能模块之间既有联系又要相对独立, 使整个系统具有较强的可操作性和易扩展性, 这样方便将来对系统进行升级。在对各个模块进行设计时, 尽量实现模块间的功能内聚以及系统之间的数据藕合, 以提高系统的运行速度和减少系统使用中可能出现的错误。

(1) 管理员登录模块

管理员登录模块又包含客户管理子模块、设备管理子模块、结算管理子模块、决策分析子模块和系统维护子模块。

客户管理子模块、设备管理子模块、结算管理子模块分别都能实现数据的查询、添加、修改、删除的功能。此外, 对于设备管理子模块还能因为工作的需要, 实现设备从一个地点到另一个地点的调拨的功能, 管理员还可以对客户的在线报修进行判断分析, 再决定是否对设备进行维修。对于系统维护子模块, 系统通过管理员对不同的客户和用户级别赋予不同的权限, 登录后系统可以通过ASP.NET的Session对象分别记录登录客户和用户信息, 再根据记录的信息标识导入到不同的管理页面或浏览页面。它为系统管理员提供的数据库维护功能, 主要包括以下功能:

(1) :客户权限维护:管理员为其他客户赋予查询、修改等权限。

(2) :用户权限维护:管理员为其他用户赋予查询、修改等权限。

(3) :各种编码维护:方便管理员对各类编码表进行数据维护。

(2) 客户登录模块

客户登录模块又包含用户管理子模块、在线报修子模块、系统保护子模块和综合查询子模块。

用户管理子模块主要是实现对用户信息的查询、添加、修改、删除的功能。综合查询子模块主要实现了对用户信息、设备信息、消费信息、结算信息的查询。对于在线报修模块, 当用户的机器出现某些故障时, 根据用户反映或自己发现, 客户便可以在留言板中描述出电动车和手机充电设备出现的问题, 进、并在线留言报修。

(3) 用户登录模块

用户登录模块共由综合查询子模块、在线申请子模块和在线问卷调查子模块三个子模块组成。

针对在线申请子模块, 当注册的用户有意与管理者合作投放电动车和手机充电站时可以点击提交进行申请, 管理者可以查看并回复。

而对于在线问卷调查模块, 用户登录进人该模块进行问卷的回答并提交到数据库中, 管理者对用户的问卷的数据进行统计分析和总结, 以保证可以及时调整自己的电动车和手机快速充电业务方面的各项策略, 在激烈的竞争中处于不败之地。

4 系统数据库分析与设计

SQL Server 2005作为一个应用广泛的关系数据库管理系统, 它提供了安全可靠的存储功能, 是一个非常适合web开发的数据库产品。数据库作为架构中的一个底层, Web应用程序的页面作为架构中的顶层, 而数据访问层 (DAL) 和业务逻辑层则处于一个中间的位置, 组成了一个基于多层架构的Web系统。在多层架构系统中, Web应用程序页面不再与后台的数据库直接相连, 而是与中间的业务逻辑层和数据防问层直接相关联, 从数据访问层中发送相关的SQL语句到数据库, 数据库执行相关的SQL语句后, 最后将执行结果返回到数据访问层。因此基于多层架构的Web应用程序扩展性较强, 可维护性较好。

在这个系统中能够非常系统有序的对电动车、手机快速充电设备的各项信息进行存储和管理, 并通过web控件对数据进行查询, 添加, 修改和删除。通过分析系统中的各个类型的数据的联系与区别, 并结合实体的完整性和用户自定义的完整性, 作出系统的E-R图。如图 (4) 。

5 系统业务流程分析

电动车、手机快速充电业务管理信息系统实现的主要流程如图5。

6 结束语

快速充电装置 第7篇

目前, 节能与环保是全球进步的两大主题。太阳能电动车把电动车技术、太阳能技术和其它高科技结合在一起, 是一种新型的环保车辆, 发展前景广阔。

太阳能电动车将太阳能转化为电能, 但由于周围环境的变化导致了太阳光的强度或温度不断变化, 太阳能电池板的输出特性也就随之变化。因此, 采用最大功率点跟踪 (MPPT) 控制, 快速、准确的跟踪最大功率点 (MPP) , 使系统从外界最大效率地获取能量, 对于太阳能电动车的推广与应用具有非常重要的意义。

1 光伏电池

光伏电池是太阳能发电的核心部分, P-N结是光伏电池的核心, 光伏电池的I-U, P-U等物理特性受外部环境和本身技术指标 (P-N结参数) 的影响, 呈非线性关系。图1, 图2分别是光电池温度为25°C时, 不同光照条件下电流与电压、功率与的电压的特性曲线。

2 MPPT的控制方法

从图2可知, 在不同光照下存在不同的MPP, 而且温度变化时, 最大功率点也会变化。

从图1可看出, 在一定的光照和温度下, 太阳能电池的U/I即负载阻抗有着确定的值, 而U-P也有着确定的关系。所以在一定的光照强度和温度环境下, 不同负载阻抗对应着不同的最大输出功率。

虽然温度和光照是无法控制的, 但负载阻抗是能够控制的。通过改变太阳能电池的负载阻抗实现最大功率点跟踪, 这就是MPPT的本质[1]。

目前, 国内外提出了很多的MPPT算法, 有恒定电压法, 扰动观测法, 电导增量法, 神经网络法, 模糊控制法等, 其中常用的有:恒定电压法, 扰动观测法及电导增量法。

恒定电压法是一种开环的MPPT算法, 控制简单快速, 当温差变化大时, 控制精度较低;扰动观测法结构简单可靠, 容易实现, 但必须引入扰动, 寻优的最后结果是系统在最大功率点附近的很小范围内来回振荡, 且因为难以选择合适的变化步长, 会造成一定的误判;电导增量法控制稳定度较高, 但对控制系统的要求较高, 电压初始化参数对跟踪性能有较大影响。

定步长的扰动观测法存在最大功率点附近的振荡和误判问题, 本设计采用了具有非线性特性的滞环控制策略的滞环比较扰动观测法。

3 系统硬件电路的设计

太阳能充电装置的组成原理如图3所示, 主要包括太阳能电池阵列、蓄电池、控制器三个主要部分。光伏电池阵列发出的功率经过DC/DC变换器对蓄电池进行充电, 控制回路采集4路信号:太阳能电池的输出电压Up和电流Ip, 蓄电池的充电电压U和电流I。控制电路根据实时采集到的信号, 配合MPPT算法, 利用DC/DC电路的阻抗变换作用, 通过调节占空比D, 实现太阳能电池与DC/DC电路之间的动态负载匹配, 从而实时获得太阳能电池的最大功率输出。

控制电路选用16位单片机MSP430F247作为核心器件。该芯片超低功耗, 片内外设丰富, 集成度高, 性能优越。其电源为1.8~3.6V, 待机电流小于1/A, I/O输入端口的漏电流最大为50n A, 指令周期达到62.5ns, 从低功耗模式唤醒到活动模式的时间少于1/s。该芯片内置多达32KB的FLASH ROM和4KBRAM的存储器, 提供8通道12位的高速ADC, 和定时器、比较器、电源电压监测等外围模块, 带有USCI接口, 具有数据远距离通信功能, 可以方便地和其它系统相连接[2]。

4 MPPT算法及软件的实现

由于MSP430F247内部集成了硬件乘法器, 简化了子程序的编制, 提高了程序的执行效率。而DC-DC转换电路是由单片机直接输出的PWM脉冲控制的, PWM的占空比可以在程序中进行调节。

MPPT算法采用滞环比较扰动观测法。滞环比较法的基本原理为[3]:假设当前工作点为a的电压为Ua, 在太阳能电池的P-U曲线上在a左右两侧相距ΔU的位置取c, b两点, 即Uc=Ua-ΔU, Ub=Ua+ΔU。测量a, b, c三点的电压、电流, 设定一符号变量k, 计算出三点的功率值, 进行比较。先b点与a点比, 若Pb≥Pa, 则k=l;若Pb<Pa, 则k=-l。再比a点和c点, 若Pc≥Pa, 则k=-l, 若Pc<Pa, 则k=1。根据符号k的大小决定工作点的移动方向, 当k=2, 工作点向右侧b点移动;当k=0, 工作点不移动;当k=2, 工作点向左侧c点移动;程序流程如图4所示。为快速找到最大功率点, Ua的初始值设为0.76Uoc[4]。

5 结语

经实验验证, 本设计在开机时通过采样光伏电池开路电压值乘以一经验比例值作为初始基准, 开机后能迅速跟踪上最大功率点;当系统接近最大功率点时采用滞环比较扰动观测法, 减小了最大功率点附近的振荡。其电路简单, 工作稳定可靠, 功耗小, 节能、环保, 具有一定的推广价值。

参考文献

[1]董靖.基于MPPT的光伏系统充电控制器的研究[硕士论文].西安工业大学, 2014.

[2]晋春, 王欣等.基于MSP430F247的微小电阻测试仪设计[J].微计算机信息, 2010, (26) :96-97, 102.

[3]张兴, 曹仁贤等编著.太阳能光伏并网发电及其逆变控制[M].机械工业出版社.2011:196-199.

快速充电装置 第8篇

关键词：并列,防反充电,同相电压差,自恢复,故障定位

0 引言

变电站二次电压经二次回路、元件,通过电压互感器(PT)向一次母线输出电压称为反充电,电压反充电会导致严重后果,轻则空开跳闸、二次失压,重则损坏装置、设备,甚至引发人身触电事故[1]。传统的PT二次并列装置是通过判断隔离开关、母联断路器等的位置来实现电压切换、并列[2],不能杜绝反充电发生,回路无过流保护,仅依靠空开脱扣切断故障;无电压采集、显示功能,无故障判别功能。实际运行中存在发生反充电的可能[3]。如在PT一、二次并列运行时,PT高压保险熔断[4]、或操作不当(在一组PT电压异常时,将二次电压并列)都会引发二次反充电。近年因反充电引发的并列装置损坏、空开跳闸等故障已多次发生。

本文提出一种基于ARM的全新PT并列装置,它具有传统装置没有的防异常并列、防反充电功能[5],并有电压、运行状态显示等多种功能。它通过计算同相电压差值作为并列、切换的必要条件;在并列电路中设计有由PPTC元件构成的过流阻断电路,瞬时隔离故障并能自动恢复;通过电压比较、判别,能自动识别高压保险熔断、二次空开跳闸、母线接地等故障;装置还具有完整的电压显示、运行状态监视功能。

1 装置总体结构

装置总体结构如图1 所示,装置由电源、CPU及开入开出、AD采样、继电器控制输出、自恢复(PPTC)电路及显示(人机交互)六大部分组成。根据设计要求共组成5 块板:电源及开入板、CPU板、继电器输出及AD板、显示板(人机交互)、总线板。各板通过插槽与总线板相连,可自由拔出。

2 CPU及开入开出部分设计

本装置选用STM32f103vft6 为核心控制器。该控制器为ARM 32 位CPU,其最大工作频率为72MHz,1.25 DMips/MHz,具有768 K~1 M闪存空间,具有96 K SRAM,其采样通道数多达16 个,采样精度为12 位,满足装置性能要求。装置CPU及开入开出部分如图2 所示。

本装置具备9 路开入量采集功能,现场应用需采集5 路开入:1PTG(PT1 隔刀位置)、2PTG(PT2隔刀位置)、FD、FGK外部复归按钮、BL5(并列继电器辅助触点位置),其中分段位置FD为分段DL,及其两侧隔刀1G、2G串联后改接到CPU模块开入。装置开出部分包括:I母电压投入(驱动1PT继电器),II母电压投入(驱动2PT继电器),I母电压故障(驱动1VFJ继电器),II母电压故障(驱动2VFJ继电器),装置告警输出(驱动GJ继电器),装置闭锁输出(驱动BSJ继电器)以及并列输出(驱动BL继电器)。当1(2)PTG合上时,1(2)PT延时闭合,1(2)PTG断开时,1(2)PT瞬时断开。

该部分开入变位信息可在液晶面板直接显示,开出节点驱动装置面板LED显示灯,实时监控电压投入、并列状态、有无异常告警等并列运行状态。

3 模拟量采集电路设计

本装置需采集14 路电压,分别为I母保护电压(A630、B630、C630)、计量电压(A630J、B630J、C630J)、零序电压(L630),II母保护电压(A640、B640、C640)、计量电压(A640J、B640J、C640J)、零序电压(L640)。图3 为计量电压A630J采样电路,其余电压采样电路与其相同。

装置设计的外部电压采集范围为0~120 VAC,为便于CPU采样,需利用电压互感器把输入电压降至CPU可直接采样的范围。本装置选用微型电流型电压互感器(图中T9 所示),其额定输入电流为2 m A,额定输出电流为2 m A,最大输入电流为10 m A,相位差为≤15′ , 空载线性度≤0.1% , 工作温度为-35℃~+70℃,满足设计要求,采用直接电阻采样法,可根据检测电压范围调整限流电阻R22 大小,以满足采样精度要求。

4 继电器控制及自恢复电路设计

该部分包含I、II母电压切换输出、并列控制输出、自恢复电路三部分,其原理图如图4、图5 所示。

图4 中电压切换及并列控制电路设计参考传统PT并列装置工作原理,其输出部分只要检测到1(2)PT(为PT辅助触点)吸合则1(2)PTJ1~1(2)PT5(继电器线圈)均导通,其常开触点闭合,I(II)母电压输出;并列控制输出部分只要满足装置控制逻辑,并列继电器BL吸合,此时只要BLK并列触点闭合,则BLJ1~BLJ5(继电器线圈)均吸合,其常开触点闭合,I、II母电压并列输出。

传统PT并列装置为简单继电器控制装置,无交流电压采样及开入量检测功能,而本装置为完善防反充电功能,并列控制逻辑中增加了同相电压差(通过CPU采集图5 中切换后交流电压实现)模拟量判据,同时判断并列继电器BLJ5 是否吸合(通过CPU检测图2 中BLJ5 辅助触点开入量状态实现),当PT1、PT2 中任意一组PT投入运行,且二次电压回路处于并列状态(BLJ5 继电器吸合),则装置不判同相电压差,可直接并列。

在电路板设计中注意强电、弱电、交流、数字量的分开隔离,避免干扰,且继电器板上每组继电器由多只24 V电压继电器串联,触点容量不小于5 A。

图5 中电压切换、并列电路设计基于传统PT并列装置继电器控制原理,为实现防反充电功能,加入了自恢复电路,即在I、II母每相电压并列回路中增加自恢复保险(PPTC),如图5 虚线框内所示。该电路能在并列回路过流时自动阻断两组电压联系,隔离相关联的电压回路,故障消除后并列回路能自动恢复。

通常情况下,35 k V、10 k V等不同电压等级下PT并列反充电电流大小不一,因此选择合适的PPTC器件型号极为重要,可参考其动作电流、动作时间、恢复时间、负载阻抗等参数,且需根据变电站实测反充电电流大小决定。表1 为该装置在110 k V汉寿变10 k V电压等级模拟运行时自恢复功能实测数据。

由表1 可以看出,在并列回路所加反充电电流大于20 A时,自恢复电路动作时间快于二次电压空开跳闸,从而防止因空开跳闸造成二次失压,确保了无电压异常导致保护装置异常情况发生。

5 装置控制部分软件设计

针对110 k V及以下不接地系统设计了防PT并列反充电及防异常并列控制逻辑,图6 为装置控制部分软件流程图。本装置控制逻辑主要分为防反充电PT并列及故障定位判别两部分。

(1) 防反充电PT并列控制逻辑中,已限定必须一次并列完成后,且满足模拟量电压判据条件,才能进行二次并列操作。其中PT二次并列回路电压差阈值设置为15 V,是考虑到I母和II母电压相位可能存在一定偏差,不完全同相,因此正常运行时二次回路电压差不为零,对应的电压相位差约为15°,此电压差定值根据实际运行情况在液晶显示里参数设置界面中的相压差定值中设定[6]。

(2) 故障定位判别逻辑。

6 装置故障定位及判别功能实现

为缩短电网检修人员故障分析查找时间,提高检修效率,根据变电站现场运行情况,设计了故障自动判别及定位控制逻辑,装置在电压异常时能自动判别故障类型,进行故障定位,其故障定位判别逻辑如图7 所示。

图7 中UX1表示I母A、B、C三相任意一相电压幅值,UX2、UX3表示除UX1外其余两相相电压幅值。对本装置进行故障定位与判别测试,判别前提条件:1) I母PT运行或电压并列状态;2) 1PTG合位;3) 1PTG分位且FD在合位。满足条件1、2 或1、3 时进行故障定位判别。

7 装置现场应用及测试结果

本装置已在110 k V汉寿变电站10 k V电压等级上试运行。装置安装完成后,进行了一系列功能测试(其中自恢复电路测试结果前文已阐述),以下为测试结果。

(1) 交流电压数据采集测试,测试结果如表2所示。以10 k V I母、II母保护绕组同相电压差为例。

测试结果表明装置采样精度满足并列逻辑中模拟量判据要求。

(2) 防反充电并列控制逻辑测试,测试结果如表3 所示。

测试结果表明本装置具备防反充电及防异常并列功能。

(3) 故障定位判别功能测试,下面以I母PT高压保险熔断故障为例进行模拟测试,其余故障点测试与本例类似,测试结果如表4 所示。

测试结果说明该装置能正确对PT运行及并列过程中的故障进行自动判别与定位。当故障发生时,装置面板告警指示灯被点亮,故障信息能实时存储并显示在液晶面板上,方便调阅分析[7]。

8 结语

本文详细介绍了具备故障定位功能防反充电PT并列装置的工作原理、总体结构及软硬件设计,从改进并列原理出发,有效解决了传统PT并列装置不能防反充电,不能防止异常并列等问题,从根本上杜绝了PT并列反充电引发人身伤害、设备损坏事故[7]。且该装置故障判断定位准确,人机交互良好,不仅有助于电网检修人员提高检修效率与质量,而且大大减少了运维检修人员工作量,有效保障电网安全稳定运行。

参考文献

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