電池儲能系統(tǒng)雙向DC-DC變換器設計之穩(wěn)壓控制

下圖中，圖1是我們所設計的雙向型DC-DC變換器的主電路拓撲結構，圖2是三組電池儲能系統(tǒng)雙向DC-DC變換器的具體運行設計圖。

圖1 雙向DC-DC變換器主電路拓撲

圖2 三組電池儲能系統(tǒng)雙向DC-DC變換器

Boost空載穩(wěn)壓控制

在本方案中，我們所設計的這種雙向型DC-DC變換器需要符合多電池儲能系統(tǒng)的工作要求，這就要求DC-DC變換器需要具備Boost運行模式。當這一電池儲能系統(tǒng)在電網斷電時，為了維系正常運轉，圖1所示變換器就需要做孤島運行，向關鍵負荷供電，即雙向DC-DC做Boost模式運行以此來維持直流母線電壓的恒定。而后級PWM雙向并網變換器則做逆變器運行，向關鍵負荷供電，通常Boost變換器是不能空載運行的，這主要是因為其升壓電感在開關管導通過程中的儲能沒有釋放路徑，直流母線端相當于開路，電壓將逐漸上升。

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

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，為了適應電池組儲能系統(tǒng)的需要，我們所設計的這一雙向型DC-DC還可以實現(xiàn)兩組電池的相互充放電功能。當電網斷電時，其中一組電池Boost模式運行，實現(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

以上就是本文針對一種多電池組儲能系統(tǒng)使用的DC-DC變換器的控制電路設計，所進行的簡要分析和介紹，希望通過本文的分享，對各位工程師們的日常工作和研發(fā)設計提供一定的借鑒與幫助。