大容量蓄电池模拟电源的仿真研究宋伟杰，王明彦**（哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院，哈尔滨150001）5101520摘要：针对现有的蓄电池模拟电源在模拟大容量蓄电池方面存在的不足，利用晶闸管双重整流拓扑搭建主电路，设计了一款能够模拟大功率场合蓄电池外特性的大容量蓄电池模拟电源的并且建立了数学模型分析电路的动态性能。对网侧电流进行谐波分析，设计了一种网侧滤波器结构。给出了蓄电池模拟电源的工作流程并给出了电池模型的结构。在MATLAB/SIMULINK环境下搭建其仿真模型，仿真结果表明本文所设计的大容量蓄电池模拟电源能够较准确地模拟蓄电池的外特性并有效地降低了对电网的谐波污染。关键词：整流；蓄电池；电池模型；中图分类号：TM461.4ResearchandSimulationoftheLargeCapacityBatteryEmulatorSONGWeijie,WANGMingyan(SchoolofElectricalEngeeringandAutomation,HarbinInstituteofTechnology,Harbin150001)Abstract:Designanewbatteryemulatorthatcanemulatethebatteryoutputprofileinhighpowerapplication.Setupthemaincircuitusingthyristordouble-connectedrectifier.Buildthemathematicmodeltoanalystthedynamicresponse.Analystthecurrentonthelinesideanddesignaharmonicfilter.Thebatterymodelisgiven.SetuptheSimulinkmodelinMATLAB/SIMULINKcircumstance.Thesimulationresultsprovethatthedesignedbatteryemulatorcanemulatebatteryoutputprofileaccurately.Keywords:Rectifier;Battery;Batterymodel;250引言随着石油、煤炭等不可再生资源的消耗殆尽，人们对太阳能、风能等的利用越来越重视，电动车的普及指日可待。在这些新兴领域中，大容量电池作为能量存储及供电单元起着不可替代的作用。然而所有这些使用电池的系统在研发过程中及出厂前都需要进行一系列的测3035试。如果直接使用电池，由于电池自身的结构特点及性能特性，设备的研发成本和研发周期都将增加。另外，由于电池的组成成分中往往含有重金属元素，一旦丢弃也会对环境造成一定的危害。在功率等级较大的领域，研发过程中对电池的消耗非常严重。因此，市场急需一种能够模拟大容量蓄电池外特性的装置。本文基于这种现状，使用晶闸管构造了一种大容量蓄电池模拟电源。仿真结果表明，该模拟电源能够较好地模拟蓄电池的外特性。1电路拓扑概述国内外对蓄电池模拟电源的研究起步较晚，对大容量蓄电池模拟电源的研究更少，文献[1]提出了一种B#电池模拟电源，该模拟电源通过调用电池仿真程序生成电压指令控制线性电源使其模拟真实的电池输出，但是该电源只能模拟小容量的蓄电池，功率等级高时线性电作者简介：宋伟杰（1987-），男，硕士，主要研究方向：电力电子与电力传动通信联系人：王明彦（1957-），男，教授，电能变换与负载模拟.E-mail:mingyan@hit.edu.cn-1-源损耗较大；文献[2]采用PWM整流与斩波变换相结合的方法对电动车测试用的蓄电池模拟404550电源进行研究，该电路对电网的影响较小，但是在大功率场合造价十分昂贵；文献[3]采用不控整流与BUCK电路相结合的方法对汽拖起动机试验用蓄电池进行模拟，该电路只能模拟电池的放电过程且对电网影响较大。综上所述，现存的各种蓄电池模拟电源在大功率领域应用时或对电网谐波污染严重，或器件成本较高，基于这两个问题本文提出了一种新的蓄电池模拟电源的拓扑结构。2电路设计与分析2.1电路拓扑大容量蓄电池往往应用于功率等级较大的场合，因此必须慎重选择模拟电源的电路拓扑，既要考虑其可行性又要考虑其经济性。晶闸管由于其简单可控、价格低廉且技术成熟在高电压、大电流领域得到了广泛的应用，因此本文采用晶闸管作为功率器件构成双重整流电路对大容量蓄电池进行模拟，其电路结构如图1所示。LS1S3CS4RLS2图1大容量蓄电池模拟电源电路结构Fig.1Thestructureoflargecapacitybatteryemulator55该电路主要由两组串联的三相晶闸管整流桥组成，利用变压器绕组接法的不同使整流器Ⅰ、Ⅱ的输入电压相位相差30°，从而使整流电路的输出电压在一个电源周期中脉动12次，构成12脉波整流电路。为了保证两组整流桥的输出电压大小相同，整流变压器一次绕组与二...