采用雙向PFC和混合變頻器解決方案，在儲(chǔ)能和太陽(yáng)能博弈中處于領(lǐng)先地位

住宅儲(chǔ)能市場(chǎng)雖然現(xiàn)在處于起步階段，但正位于爆炸式增長(zhǎng)的邊緣。自2018年第一季度以來(lái)，僅在美國(guó)，該市場(chǎng)就同比增長(zhǎng)了232％，而能源存儲(chǔ)在2019年第一季度的部署中占比為46％。如今，住宅儲(chǔ)能領(lǐng)域的規(guī)模比公用事業(yè)部署的規(guī)模要小。預(yù)計(jì)全球住宅儲(chǔ)能市場(chǎng)將從2019年的60億美元增長(zhǎng)到2024年的175億美元；復(fù)合年增長(zhǎng)率為22.88％（根據(jù)最新的 Wood Mackenzie美國(guó)能源存儲(chǔ)監(jiān)控器 。

隨著具有各類背景和專業(yè)知識(shí)的新參與者進(jìn)入市場(chǎng)，全球公司開始看到儲(chǔ)能的未來(lái)增長(zhǎng)潛力。

儲(chǔ)能開發(fā)人員要克服的關(guān)鍵設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)在于系統(tǒng)集成，以最終實(shí)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(duì)于能量存儲(chǔ)來(lái)說，系統(tǒng)集成意味著通過從單向功率轉(zhuǎn)換階段轉(zhuǎn)向雙向功率轉(zhuǎn)換階段，將電池充放電的兩條獨(dú)立路徑合二為一。

圖1：具有單向PFC和逆變器級(jí)的電網(wǎng)級(jí)系統(tǒng)圖

轉(zhuǎn)向雙向功率因數(shù)校正（PFC）和逆變器功率級(jí)

儲(chǔ)能市場(chǎng)的興起可歸因于方法和創(chuàng)新，這些方法和創(chuàng)新使設(shè)計(jì)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(shù)和解決方案之前，單向AC/DC、單向DC/AC和DC/DC功率級(jí)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(jí)的典型系統(tǒng)。

然而，但這種單向方法為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成設(shè)置了不可避免的障礙。系統(tǒng)會(huì)需要更多的功率級(jí)、組件和控制器，這將導(dǎo)致更高的系統(tǒng)成本。本質(zhì)上講，能量相對(duì)于電池雙向流動(dòng)，要么流入電池進(jìn)行充電，要么流出電池進(jìn)行放電。如果可壓縮這些功率級(jí)，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(zhuǎn)換級(jí)的雙向功能。為進(jìn)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(chǔ)的電網(wǎng)系統(tǒng)正在朝著圖2所示的雙向電源轉(zhuǎn)換模塊發(fā)展。

C2000?MCU的最新參考設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)了雙向功率變換。 具有GaN的雙向交錯(cuò)式CCM圖騰柱無(wú)橋PFC 參考設(shè)計(jì)基于 TMS320F280049C 實(shí)時(shí)控制器系列。

圖2：具有雙向PFC和變頻器級(jí)的電網(wǎng)級(jí)系統(tǒng)圖

混合逆變器

由于希望在儲(chǔ)能市場(chǎng)中進(jìn)一步提高系統(tǒng)集成度，因此出現(xiàn)了另一個(gè)市場(chǎng)趨勢(shì)：混合動(dòng)力或儲(chǔ)能逆變器的部署。逆變器簡(jiǎn)單來(lái)說是將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的功能。但當(dāng)有多個(gè)直流電源時(shí)會(huì)發(fā)生什么？在電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施環(huán)境中，常規(guī)逆變器會(huì)將太陽(yáng)能電池板的直流電轉(zhuǎn)換為交流電?；旌夏孀兤餮a(bǔ)充了具有能量存儲(chǔ)的太陽(yáng)能逆變器系統(tǒng)，因此同一逆變器可逆變來(lái)自太陽(yáng)能光伏（PV）面板或充電電池的直流電。實(shí)際這是太陽(yáng)能光伏制造商利用儲(chǔ)能來(lái)發(fā)展業(yè)務(wù)并保持領(lǐng)先地位的一種方式。儲(chǔ)能解決方案是必然趨勢(shì)，而對(duì)于太陽(yáng)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員而言，混合逆變器是實(shí)現(xiàn)無(wú)風(fēng)險(xiǎn)且面向未來(lái)解決方案的關(guān)鍵。

需求與解決方案

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

C2000實(shí)時(shí)控制器產(chǎn)品組合不僅為儲(chǔ)能系統(tǒng)還為許多數(shù)字電源應(yīng)用提供了這些優(yōu)勢(shì)：

●   可實(shí)現(xiàn)高效的最大功率點(diǎn)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(gè)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(diǎn)內(nèi)核（中央處理單元和控制律加速器）實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理算法。

●   一種與實(shí)時(shí)處理外設(shè)緊密耦合的設(shè)備架構(gòu)，可提供確定的性能。

●   內(nèi)置的可配置邏輯塊，能夠提供擴(kuò)展的保護(hù)和監(jiān)控功能，從而消除了現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列/復(fù)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(jí)之間進(jìn)行快速互連，無(wú)需進(jìn)行隔離。

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

●   增強(qiáng)的PWM和捕獲模塊使配置功率級(jí)更具靈活性。

表1列出具有C2000器件的參考設(shè)計(jì)，結(jié)合了AC/DC和DC/DC功率級(jí)的雙向?qū)崿F(xiàn)以及先進(jìn)而復(fù)雜的PWM方案。

儲(chǔ)能解決方案逐漸興起，電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)人員也正在投資以跟上競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手和市場(chǎng)步伐。雙向功率轉(zhuǎn)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(shí)時(shí)控制的C2000?器件專門為滿足設(shè)計(jì)人員的需求而設(shè)計(jì)，并有助于持續(xù)發(fā)展儲(chǔ)能市場(chǎng)。

表1：TI儲(chǔ)能系統(tǒng)參考設(shè)計(jì)

其他資源

●   了解有關(guān) 數(shù)字電源應(yīng)用 中C2000實(shí)時(shí)控制器的更多信息。

●   閱讀白皮書“ 基于FSI的具有多個(gè)MCU的分布式電源控制體系結(jié)構(gòu) ”，了解有關(guān)利用FSI進(jìn)行分布式電源控制的更多信息。

●   檢查“ 德州儀器C2000 Piccolo?F28004x實(shí)時(shí)控制器系列 的功能?！?/p>

●   訂購(gòu) F280049C controlCARD評(píng)估模塊 。

●   觀看 C2000實(shí)時(shí)控制MCU：數(shù)字控制庫(kù)培訓(xùn)系列 。