電池儲(chǔ)能系統(tǒng)雙向DC-DC變換器設(shè)計(jì)之穩(wěn)壓控制

下圖中，圖1是我們所設(shè)計(jì)的雙向型DC-DC變換器的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，圖2是三組電池儲(chǔ)能系統(tǒng)雙向DC-DC變換器的具體運(yùn)行設(shè)計(jì)圖。

圖1 雙向DC-DC變換器主電路拓?fù)?/p>

圖2 三組電池儲(chǔ)能系統(tǒng)雙向DC-DC變換器

Boost空載穩(wěn)壓控制

在本方案中，我們所設(shè)計(jì)的這種雙向型DC-DC變換器需要符合多電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的工作要求，這就要求DC-DC變換器需要具備Boost運(yùn)行模式。當(dāng)這一電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在電網(wǎng)斷電時(shí)，為了維系正常運(yùn)轉(zhuǎn)，圖1所示變換器就需要做孤島運(yùn)行，向關(guān)鍵負(fù)荷供電，即雙向DC-DC做Boost模式運(yùn)行以此來(lái)維持直流母線電壓的恒定。而后級(jí)PWM雙向并網(wǎng)變換器則做逆變器運(yùn)行，向關(guān)鍵負(fù)荷供電，通常Boost變換器是不能空載運(yùn)行的，這主要是因?yàn)槠渖龎弘姼性陂_(kāi)關(guān)管導(dǎo)通過(guò)程中的儲(chǔ)能沒(méi)有釋放路徑，直流母線端相當(dāng)于開(kāi)路，電壓將逐漸上升。

對(duì)本文研制的這種雙向型DC-DC變換器而言，兩個(gè)源之間的能量交換是自由控制的。當(dāng)變換器處于空載穩(wěn)壓運(yùn)行時(shí)，由于Boost輸出電壓受控，故可等效為一個(gè)電壓源，這樣電感電流可實(shí)現(xiàn)雙向流動(dòng)，不會(huì)存在傳統(tǒng)Boost變換器空載條件下電感儲(chǔ)能沒(méi)有路徑釋放的問(wèn)題。而傳統(tǒng)采用二極管自然整流輸出作為源也不能實(shí)現(xiàn)空載穩(wěn)壓運(yùn)行。下圖中，圖2為空載穩(wěn)壓運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)態(tài)仿真波形，波形顯示在直流母線電壓穩(wěn)壓500V運(yùn)行中，電感L1電流是雙向流動(dòng)的。

圖3 直流母線電壓Vdc和L1電流波形

兩組電池互充放電控制

除了能夠在Boost模式下維持正常工作外，在本方案中，為了適應(yīng)電池組儲(chǔ)能系統(tǒng)的需要，我們所設(shè)計(jì)的這一雙向型DC-DC還可以實(shí)現(xiàn)兩組電池的相互充放電功能。當(dāng)電網(wǎng)斷電時(shí)，其中一組電池Boost模式運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)直流母線的穩(wěn)壓功能，另一路電池則可從直流母線取電給自身進(jìn)行充電。這一該功能在其中一組電池急需充電，而其他電池組還能滿足放電時(shí)就可以采用本文介紹的功能。下圖中，圖4為仿真波形，圖4所示電池1進(jìn)行穩(wěn)壓(指令電壓為500V)，電池組2充電(充電電流指令為-100A)，仿真結(jié)果顯示直流母線電壓穩(wěn)定，充電電流平滑。

圖4 兩組電池相互充放電波形

以上就是本文針對(duì)一種多電池組儲(chǔ)能系統(tǒng)使用的DC-DC變換器的控制電路設(shè)計(jì)，所進(jìn)行的簡(jiǎn)要分析和介紹，希望通過(guò)本文的分享，對(duì)各位工程師們的日常工作和研發(fā)設(shè)計(jì)提供一定的借鑒與幫助。