采用雙向PFC和混合變頻器解決方案，在儲能和太陽能博弈中處于領先地位

住宅儲能市場雖然現(xiàn)在處于起步階段，但正位于爆炸式增長的邊緣。自2018年第一季度以來，僅在美國，該市場就同比增長了232％，而能源存儲在2019年第一季度的部署中占比為46％。如今，住宅儲能領域的規(guī)模比公用事業(yè)部署的規(guī)模要小。預計全球住宅儲能市場將從2019年的60億美元增長到2024年的175億美元；復合年增長率為22.88％（根據(jù)最新的 Wood Mackenzie美國能源存儲監(jiān)控器 。

隨著具有各類背景和專業(yè)知識的新參與者進入市場，全球公司開始看到儲能的未來增長潛力。

儲能開發(fā)人員要克服的關鍵設計挑戰(zhàn)在于系統(tǒng)集成，以最終實現(xiàn)更低的系統(tǒng)成本、更小的外形尺寸以及更少的組件和子系統(tǒng)數(shù)量。對于能量存儲來說，系統(tǒng)集成意味著通過從單向功率轉換階段轉向雙向功率轉換階段，將電池充放電的兩條獨立路徑合二為一。

圖1：具有單向PFC和逆變器級的電網(wǎng)級系統(tǒng)圖

轉向雙向功率因數(shù)校正（PFC）和逆變器功率級

儲能市場的興起可歸因于方法和創(chuàng)新，這些方法和創(chuàng)新使設計人員能夠克服系統(tǒng)集成和成本等重大挑戰(zhàn)。在出現(xiàn)更新的技術和解決方案之前，單向AC/DC、單向DC/AC和DC/DC功率級是傳統(tǒng)系統(tǒng)解決方案。圖1說明具有單向功率因數(shù)校正（PFC）和逆變器功率級的典型系統(tǒng)。

然而，但這種單向方法為實現(xiàn)系統(tǒng)集成設置了不可避免的障礙。系統(tǒng)會需要更多的功率級、組件和控制器，這將導致更高的系統(tǒng)成本。本質上講，能量相對于電池雙向流動，要么流入電池進行充電，要么流出電池進行放電。如果可壓縮這些功率級，則可減少組件、模塊和子系統(tǒng)的數(shù)量，最終降低系統(tǒng)物料清單（BOM）成本。

這些挑戰(zhàn)的潛在解決方案是AC/DC、DC/AC和DC/DC功率轉換級的雙向功能。為進一步提高系統(tǒng)集成度、降低系統(tǒng)物料清單和減小外形尺寸，涉及能量存儲的電網(wǎng)系統(tǒng)正在朝著圖2所示的雙向電源轉換模塊發(fā)展。

C2000?MCU的最新參考設計中實現(xiàn)了雙向功率變換。 具有GaN的雙向交錯式CCM圖騰柱無橋PFC 參考設計基于 TMS320F280049C 實時控制器系列。

圖2：具有雙向PFC和變頻器級的電網(wǎng)級系統(tǒng)圖

混合逆變器

由于希望在儲能市場中進一步提高系統(tǒng)集成度，因此出現(xiàn)了另一個市場趨勢：混合動力或儲能逆變器的部署。逆變器簡單來說是將直流電轉換為交流電的功能。但當有多個直流電源時會發(fā)生什么？在電網(wǎng)基礎設施環(huán)境中，常規(guī)逆變器會將太陽能電池板的直流電轉換為交流電。混合逆變器補充了具有能量存儲的太陽能逆變器系統(tǒng)，因此同一逆變器可逆變來自太陽能光伏（PV）面板或充電電池的直流電。實際這是太陽能光伏制造商利用儲能來發(fā)展業(yè)務并保持領先地位的一種方式。儲能解決方案是必然趨勢，而對于太陽能系統(tǒng)設計人員而言，混合逆變器是實現(xiàn)無風險且面向未來解決方案的關鍵。

需求與解決方案

雙向儲能解決方案，包括混合逆變器在內的雙向儲能解決方案要求高功率效率、性能和設備緊湊性。這些需求轉而要求實現(xiàn)更高級的電源拓撲、更低的總諧波失真、更快的瞬態(tài)響應、更高的控制環(huán)路頻率和更高的脈寬調制（PWM）頻率，而這些只有通過支持以下功能的實時控制器才能實現(xiàn)更復雜的PWM方案、高分辨率PWM、高模數(shù)轉換器（ADC）速度和高處理能力。

C2000實時控制器產(chǎn)品組合不僅為儲能系統(tǒng)還為許多數(shù)字電源應用提供了這些優(yōu)勢：

●   可實現(xiàn)高效的最大功率點跟蹤、升壓、AC/DC、DC/DC和DC/AC子系統(tǒng)的低成本解決方案。

●   能夠集成多個子系統(tǒng)的高端選擇，為混合逆變器提供了一條途徑。

●   雙浮點內核（中央處理單元和控制律加速器）實現(xiàn)復雜的數(shù)字信號處理算法。

●   一種與實時處理外設緊密耦合的設備架構，可提供確定的性能。

●   內置的可配置邏輯塊，能夠提供擴展的保護和監(jiān)控功能，從而消除了現(xiàn)場可編程門陣列/復雜的可編程邏輯器件。

●   高速（最高200 Mbps）快速串行接口（FSI）可在功率級之間進行快速互連，無需進行隔離。

●   模擬前端、16/12位ADC、比較器、數(shù)模轉換器和sigma-delta濾波器模塊簡化了隔離和非隔離的電流和電壓檢測。

●   增強的PWM和捕獲模塊使配置功率級更具靈活性。

表1列出具有C2000器件的參考設計，結合了AC/DC和DC/DC功率級的雙向實現(xiàn)以及先進而復雜的PWM方案。

儲能解決方案逐漸興起，電網(wǎng)基礎設施設計人員也正在投資以跟上競爭對手和市場步伐。雙向功率轉換模塊和混合逆變器解決方案可減少組件、模塊和子系統(tǒng)，并最終降低系統(tǒng)BOM成本。用于實時控制的C2000?器件專門為滿足設計人員的需求而設計，并有助于持續(xù)發(fā)展儲能市場。

表1：TI儲能系統(tǒng)參考設計

其他資源

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●   閱讀白皮書“ 基于FSI的具有多個MCU的分布式電源控制體系結構 ”，了解有關利用FSI進行分布式電源控制的更多信息。

●   檢查“ 德州儀器C2000 Piccolo?F28004x實時控制器系列 的功能。”

●   訂購 F280049C controlCARD評估模塊 。

●   觀看 C2000實時控制MCU：數(shù)字控制庫培訓系列 。