多電池組儲能系統(tǒng)雙向DC-DC變換器的研制

本文研制的120 kW 鋰電池儲能系統(tǒng)雙向DC-DC 變換器，在電網(wǎng)斷電時，還能作為電壓源輸出，即以Boost 模式工作，輸出電壓Vdc 穩(wěn)定，后級PWM 雙向并網(wǎng)變流器則做孤島運(yùn)行，斷開KM1、閉合KM2,保證關(guān)鍵負(fù)荷供電。

2 控制系統(tǒng)設(shè)計

本文研制的雙向DC-DC 變換器，其基本工作原理為Buck 和Boost 變換，當(dāng)電池放電時，DC-DC變換器以Boost 工作模式運(yùn)行，在電池充電時，DC-DC 變換器以Buck 工作模式運(yùn)行，本文不再對對Buck 和Boost 工作模式的常規(guī)控制策略進(jìn)行累述，僅對電池儲能系統(tǒng)中雙向DC-DC 控制器設(shè)計時需要注意的幾個方面進(jìn)行了分析。

2.1 均流控制

根據(jù)戴維寧等效電路，圖4 所示電路單組電池可做如圖5 等效。

圖5 DC-DC 變換器等效電路。

其中V1、V2 分別為兩個并聯(lián)模塊對應(yīng)的開路電壓(橋臂輸出)，Z1、Z2 為兩個模塊等效阻抗，Z3為并聯(lián)接點到電池的阻抗，由于各并聯(lián)模塊銅排的布局、驅(qū)動的死區(qū)、以及IGBT 的開通延時和上升沿等的不同，導(dǎo)致輸出V1≠V2,同理每個并聯(lián)模塊輸出電纜長度和電抗器阻抗不同，一般Z1≠Z2,如果不采用均流控制策略，將導(dǎo)致兩個模塊輸出電流不一致，且產(chǎn)生環(huán)流，環(huán)流大小為I=(V1-V2)/(Z1+Z2)。

環(huán)流的存在不僅導(dǎo)致流過IGBT 的電流增大，同時也影響系統(tǒng)效率，為有效抑制環(huán)流，實現(xiàn)兩組變換器均等的輸出電流，必須采用均流控制策略，即是每個并聯(lián)模塊采用獨立的反饋控制，以實現(xiàn)兩并聯(lián)模塊電流相等，實現(xiàn)均流。當(dāng)采用均流控制后兩個變換器可等效為圖6 所示兩個并聯(lián)的電流源，通過控制，當(dāng)I1=I2 時，即可避免環(huán)流的產(chǎn)生。

圖6 采用均流控制后等效電路。

兩并聯(lián)模塊的均流控制框圖見圖7 所示，I_ref為電池給定充放電電流，兩路模塊并聯(lián)時，每個模塊的電流指令為I_ref 的一半，分別與對應(yīng)模塊的電流反饋(I1_f 或I2_f)形成閉環(huán)，采用該控制策略能使兩路輸出電流完全相等。

圖7 電流控制框圖。