新型EPS应急电源与传统EPS电源区解

  传统的EPS应急电源，在任何时候充电电路与逆变电路都只有一个电路工作，是一种互斥关系，而且需要配置两套驱动电路，分别驱动整流桥和逆变桥。在结构上有一定的瑕疵，控制复杂、功耗大、成本高。充电电路与放电电路都是由IPM模块及二极管组成的桥路，他们的驱动电路都是驱动芯片及其一些外围电路组成，结构完全相同。新型EPS就是把充电、放电两部分电路合为一体，结构简单，控制简易，系统可靠性也相对提高，更重要的是节能环保，功耗相对减少一半。PWM整流器是其重要理论依据和出发点。

PWM整流器的特点；
 PWM整流器采用全控型开关管取代传统的半控型开关管或二极管，以PWM斩控整流取代了相近整流或不控整流，具有以下几大突破性、性能：(1) 电能双向传输；(2) 交流侧电流正弦波；(3) 较快的动态控制响应；(4) 交流侧功率因数可控(如单位功率因数控制)。

 显然，由于电能的双向传输，PWM整流器就已经不是传统意义上的AC／DC变换器了，当PWM整流器从电网吸收电能时，其运行于整流工作状态，作为整流器工作；而当PWM整流器向电网传输电能时，其运行于逆变状态，作为逆变器工作，所以PWM整流器是集整流与逆变于一身的新型变换器。
新型EPS应急电源工作原理
 以上可以看出，EPS应急电源也是后备式电源。在结构上"充电电路"与"逆变电路"合并为一个整流／逆变电路，即PWM整流器。他能够实现传统的EPS宽／放电的功能，具体的工作过程是这样的：当市电正常时，EPS为市电输出工作给负载供电及给电池充电，PWM整流器工作于整流状态，蓄电池浮充。当市电异常时，为了防止电能回馈电网，EPS电源自动断开市电转为由电池逆变给负载供电，PWM整流器工作于逆变状态，蓄电池放电。同时，检测蓄电池端电压，到电压下降到放电终止电压时，即蓄电池放电完毕，EPS应急电源自动关闭PWM整流器。应该重新充电才能重新使用。注：EPS设有强制启动功能，紧急情况下电池电压放至保护电压时可启动强制启动按钮EPS继续给负载供电。非紧急情况下请勿适用该功能！由于PWM整流器能够进行控制功率因数，所以给定电流信号应与电网电压同相(整流)，或者反向(逆变)，实现单位功率因数控制，净化电网，提高效率。

新型EPS工作过程及区解
 新型EPS应急电源柜的功能应该满足传统EPS的功能和蓄电池的充电要求。这里所说的蓄电池是指阀控铅酸蓄电池。蓄电池理想充电电流是3A左右。一般情况下，蓄电池的充电过程可分恒流充电，恒压充电和浮充三个过程。当市电异常时，蓄电池放电给负载供电，PWM整流器进入逆变放电状态，即无源逆变过程。蓄电池在使用过程中，容量是不断下降的，当电池容量衰减至初始值的80％时，进入快速失效期，容量衰减加快，普遍认为容量低于初始值的80%的蓄电池为失效电池。所以电池容量检测是至关重要的。根据PWM整流器能量双向传输的优点，可以采用放电法进行容量检测，并把所放出来的电放回电网，既安全，又高效。具体的过程如下；
 当系统工作过程转入容量检测过程后，控制放电电流为一恒定负值I*(充电方向为正)。此时，蓄电池作为电源，电网作为负载，PWM整流器工作在有源逆变状态。当电流稳定到给定值I*后，开始计时。同时，循环检测各单节电池电压，有任一个单节电池电压低于规定值时，放电完毕，读取放电时间T。那么电池容量就是I*·T(安时)。当测量完成后，马上对蓄电池进行充电，减少电网突然断电的危险性。可见，新型EPS的工作过程可分为5种：1、恒流充电过程，2、恒压充电过程，3、浮充过程，4、无源逆变过程，5、有源逆变过程。其中恒压充电过程与浮充过程的控制方案是相同的，电压给定值不同；恒流充电过程与有源逆变过程的控制方案也是相同的，他们大区别是电流给定值相反，大小也不相同；无源逆变过程则是一般的电池逆变过程，只要控制输出电压的频率和幅值。
 根据新型EPS应急电源五个工作过程的特点，简要阐述各个过程的控制方案。利用Matlab的Simulink强大的仿真能力，对各个工作过程进行仿真，给出PWM整流器直流侧与交流侧的电压／电流仿真波形图，并进行简单分析。蓄电池在充电过程中，对电网来说，蓄电池是一个负载，高功率闪数控制时，PWM整流器网侧电流跟踪电压信号。蓄电池充电初期，电流幅值较大，当t=0.1 s时。电流幅值减少，蓄电池端电压达到稳态值；当蓄电池由恒压充电到浮充电(电压稍降)时，蓄电池有短暂的放电过程，即t=0.25 s处电流与电压反相；蓄电池进入浮充状态后，充电电流明显降低。恒压充电与浮充的控制系统采用双环结构，即电流内环和电压外环，电压外环采用PI凋节，使蓄电池的端电压跟踪给定电压值。内环采用P调节，进行电流正弦波和高功率因数控制。恒流充电与有源逆变的控制系统也是由双环结构，内环是电流环(交流)，采用P调节，达到交流侧的电流为正弦波和高功率因数，而外环仍然是电流环(直流)，采用PI调节，控制直流侧的电流跟踪给定信号，实现恒流充电或者有源逆变功能。在恒流充电过程，交流侧电压与电流同相，蓄电池吸收电网能量；在有源逆变过程，交流侧电压与电流反相，蓄电池给电网供电，放电电流基本恒定，可以进行蓄电池容量测量。无源逆变即蓄电池给负载供电的过程。跟其他一般逆变控制方法相同，控制输出电压的频率与幅值不变。并联一个电阻，模拟负载的扰动，逆变电压的波形基本不变，可见逆变电源有一定的带负载能力，鲁棒性较好。

  上海邑美电气科技有限公司经过多年的研究实验，根据对PWM整流器的优点所设计的新型EPS应急电源实现了蓄电池管理的自动化和数字化。经过对EPS应急电源的各个工作过程的分析和区解，对新型EPS具有更加全面、深入的认识，是进一步研究和设计的基础，在深入研究中发挥重要作用。对提高EPS应急电源系统的安全运行、可靠性和延长蓄电池的使用寿命也有着十分重要的意义。