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摘要：在蓄电池使用和维护的过程中，为了活化蓄电池和测量蓄电池的容量，对蓄电池必须定期进行放电实验。讨论了目前国内外用于蓄电池放电的三种主要装置：相控式有源逆变放电装置，电阻放电装置以及单相正弦波逆变蓄电池回馈放电装置，并对它们各自的优缺点进行了讨论。
关键词：蓄电池；放电装置；探讨
在电力系统发电厂和变电所内，蓄电池组是直流操作电源的最后一道防线，其性能好坏，很大程度决定直流操作电源的可靠性。因此，对于长期处于“浮充充电”状态的蓄电池，必须定期进行放电试验，以便使蓄电池长期保持活性。蓄电池放电装置是蓄电池放电试验时的直流负荷，是直流操作电源系统中不可缺少的设备。目前国内外用于蓄电池放电的装置主要有三种：相控式有源逆变放电装置，电阻放电装置以及单相正弦波逆变蓄电池回馈放电装置。
一、电阻放电装置
电阻放电装置由电阻丝或水电阻构成，在放电试验时，通过开关S1、S2、S3的通断来人工调整放电电流的大小，为了防止蓄电池过放电，在放电期间，必须人工监测蓄电池电压。电阻放电装置技术含量低、结构简单、工作可靠，目前得到广泛使用，但它存在以下不足：
（1）因为蓄电池在放电的过程中，其端电压不断降低，无法做到恒流放电，从而不能准确测量蓄电池的容量。
（2）放电过程必须由人工监控，容易造成蓄电池过放电，导致蓄电池寿命降低。
（3）放电环境恶劣。如果电阻采用带有明火的电炉，则在放电的过程中存在火灾隐患。采用无明火的电阻，虽然安全可靠，但因贮存在电池中的能量通过电阻以发热的形式释放，造成放电室温度升高。特别是大容量的蓄电池，几十kW的电阻发热，放电环境特别恶劣，给操作维护人员带来极大不便。
（4）体积庞大。
（5）蓄电池的能量全部消耗在电阻上，不利于节约能源。
二、相控式有源逆变放电装置
1.晶闸管有源逆变放电装置
晶闸管有源逆变放电装置由四个晶闸管组成的单相桥式有源逆变电路的交流侧与电网相连，直流侧与蓄电池组相连。电路工作时，逆变电路将蓄电池组的直流电逆变成与电网同频率、同相位、同幅值的交流电，并将蓄电池组释放的能量反馈回电网。该装置能控制蓄电池放电电流的大小，实现蓄电池恒流放电并能正确计算蓄电池的容量。另外，将蓄电池释放的能量反馈为电网，可以大大改善蓄电池放电的工作环境，节约能源。但是，该装置存在以下不足：
（1）交流失电保护因难。
单相桥式有源逆变电路的工作原理与单相桥式整流电路相同，T1、T4和T2、T3的触发脉冲之间互差180°，当电流连续时，每个晶闸管导通180°，触发脉冲必须是双窄脉冲或者是宽脉冲，只是逆变电路的移相角α要求大于90°。晶闸管导通后需要反压才能关断，正常工作时，逆变电路中的晶闸管由电网提供反压关断，如果交流失电，已导通的晶闸管因无反压而无法关断。假设交流失电时晶闸管T1、T4导通，由于T1、T4不能被关断，于是T1、T4、变压器的副边、电感L、蓄电池形成回路，使蓄电池工作在短路状态，放电电流迅速增大，最后导致晶闸管烧坏。因此，晶闸管有源逆变放电装置在放电时要求电网不能停电，一旦停电，将会导致装置烧坏。
（2）对电网的谐波污染大。晶闸管有源逆变放电装置注入电网的电流为方波，谐波含量大。
（3）放电电流纹波系数大。
2.晶闸管整流逆变充放电装置
晶闸管整流逆变充放电装置由晶闸管组成的单相桥式整流电路既充当整流电路，又充当逆变电路。正常工作时，电源极性转换开关使5端与1端、6端与2端相连，晶闸管电路的移相角α<90°，装置工作在整流状态，给蓄电池充电。当电源极性转换开关5端与3端、6端与4端相连时，晶闸管电路的移相角α>90°，装置工作在有源逆变放电状态，可实现对蓄电池恒流放电。相控式整流逆变充放电装置的优点是同一套设备具有双重功能，既能作为整流设备，用于蓄电池充电，也可以作为放电设备，用于蓄电池放电试验，但该设备具有以下不足：
（1）作为蓄电池放电设备时，即为相控式有源逆变放电装置，同样存在交流失电保护困难，对电网谐波污染大，放电电流纹波系数大等不足；
（2）用于充电设备时，即为相控式整流装置。由于高频开关电源具有许多相控整流电源无法比拟的优点，在电力系统中，由高频开关电源组成的直流操作电源正日益取代相控整流电源，成为直流操作电源的主流。因此，采用该设备作为充电装置，已经不能满足蓄电池充电的需要。
（3）正常使用时仅使用整流功能，逆变功能很少使用，经常停运的逆变放电部分还会影响整流部分的正常运行，造成设备的可靠性降低。
（4）接线结构复杂、检验维修困难。相控式有源逆变放电装置具有体积大、噪声大、输出功率因数低、对电网的污染严重、交流失电后保护困难等缺点，所以不推荐采用晶闸管有源逆变放电装置和晶闸管整流逆变充放电装置。
三、单相正弦波逆变蓄电池回馈放电装置
单相正弦波逆变蓄电池回馈放电装置，克服了电阻放电装置和晶闸管有源逆变放电装置的不足，它采用了绝缘栅双极型晶体管（IGBT）电力半导体开关器件、单相高频PWM整流逆变电路、全桥移相软开关电路等数项先进技术。
1.高频隔离，二级功率变换
DC/DC变换电路采用高频变压器隔离，一方面将蓄电池电压变换成PWM整流电路所要求的直流电压，另一方面实现蓄电池恒流放电控制；PWM整流电路直接与电网相连，将蓄电池释放的能量变换成交流电回馈给电网，同时还使装置流入电网的电流接近正弦波。同第二种方案相比，由于采用了高频变压器隔离，从而可省去笨重的工频隔离变压器。它具有以下优点：
（1）高频隔离，体积小，重量轻，便于移动和携带。
（2）利用DC/DC变换电路控制恒流放电，可以获得优良的放电特性。
2.系统结构及工作原理
新型的单相正弦波逆变蓄电池回馈放电装置，由DC/DC变换电路、PWM整流电路、控制电路、保护电路、检测电路及驱动电路等部分构成，DC/DC变换电路采用高频隔离全桥移相软开关电路，一方面将蓄电池电压变换成PWM整流电路所要求的直流电压，另一方面实现蓄电池恒流放电控制；PWM整流电路将蓄电池释放的能量变换成交流电回馈给电网，同时还使装置流入电网的电流接近正弦波。
3.实验波形
图1和图2分别给出了用于单相220V正弦波逆变蓄电池回馈放电的有关部分实验结果.从实验结果可以看出该装置不仅能实现恒流放电，而且输出电流为同电网频率相同的正弦波、对电网没有谐波污染.
综上所述，单相正弦波逆变蓄电池回馈放电装置，克服了传统的电阻放电装置和晶闸管有源逆变放电装置的不足，不仅能实现恒流放电，而且还能将蓄电池释放出来的电能回馈电网，同时具有输出功率因数高、输出电流为正弦波、对电网没有谐波污染、能精确测量蓄电池容量等优点，非常适用于电力行业220V或110V直流系统蓄电池放电实验，是一种真正意义的“绿色”电力电子装置。
参考文献：
[1]王兆安，黄 俊.电力电子技术[M].北京：机械工业出版社，2000.
[2]浣喜明，姚为正.电力电子技术[M].北京：高等教育出版社，2001.
论文作者:艾尼瓦尔·买买提依明,狄淑春
论文发表刊物:《电力设备》2018年第9期
论文发表时间:2018/7/5
标签：蓄电池论文; 装置论文; 晶闸管论文; 逆变论文; 电路论文; 电网论文; 单相论文; 《电力设备》2018年第9期论文;