儲能電池用充放電機的設計

摘要：為適應儲能電池的應用場合，設計了一種適用于并網(wǎng)的新型充放電機。采用AC／DC，DC／DC的兩級結構，采用空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)技術實現(xiàn)逆變與整流，在DC／DC變換側采用二重化形式，在提高最大充放電功率的同時，有效抑制了直流紋波。實驗結果表明裝置在直流側與交流側均得到較為理想的波形。
關鍵詞：儲能電池；充放電機；二重化

1 引言
隨著電池技術進步和電力電子器件性能提升，如何利用電池儲能技術成為新能源領域的重要議題。充放電機作為儲能電池的核心設備在電池能與電能的相互轉化中起決定作用。目前最常見的較大功率充電設備多采用三相相控或不控整流方式，這會給電網(wǎng)帶來大量低次諧波，嚴重污染供電電網(wǎng)。且電池充、放電大多采用兩套獨立裝置，不僅浪費了資源．也極大增加了運行和維護費用。
為解決目前充放電設備普遍存在的問題，在此介紹了一種儲能電池用充放電機，采用并網(wǎng)逆變與整流的雙向結構，集充、放電于一體。該設備采用SVPWM技術和DC／DC二重化結構，在增加一路升降壓電路結構的情況下，成倍提高直流輸入輸出功率，大幅削弱直流紋波。

2 工作原理
圖1為充放電機主拓撲結構圖。系統(tǒng)通過變壓器與電網(wǎng)相連，再通過軟啟動電路、LCL濾波器和三相橋式IGBT模塊相連，最后通過二重化直流升降壓電路接電池。電池與網(wǎng)側能量可進行雙向流動。充電時，三相交流電經(jīng)變壓器降壓、LCL濾波器濾波，再經(jīng)SVPWM整流和Buck變換給電池充電；放電時，電池經(jīng)Boost電路和SVPWM逆變、LCL濾波器濾波，最后經(jīng)由變壓器將能量回饋電網(wǎng)。為分析方便，將二重化直流升降壓電路稱為直流側，其余部分稱作交流側，兩者分開討論。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)
3．1 充放電機中的交流控制算法實現(xiàn)
為方便分析，簡化變流結構，如圖2所示。

式中：ud，uq為三相電網(wǎng)電壓合成矢量的d，q軸分量；id，iq為三相電流合成矢量的d，q軸分量，由軟件鎖相和三相電流坐標變換得到；urd，urq為三相空間矢量交流側電壓的d，q軸分量，由PI環(huán)輸出。