儲能電池用充放電機的設計

由圖可知，整流與逆變具有相同的控制過(guò)程。只要將控制直流母線(xiàn)電壓Udc的PI環(huán)的輸出idref限定在正值范圍，則交流電流會(huì )從電網(wǎng)流向直流母線(xiàn)，反之直流側電能就會(huì )流向電網(wǎng)。通常情況下，q軸PI控制的目標參數給定值iqref=0，這使得充放電機運行在功率因數為1的狀態(tài)下。但在逆變情況下，若將iqref設定為有效的正值或負值，則充放電機將會(huì )向交流側發(fā)出電流超前或滯后電壓的無(wú)功，根據需要調節電網(wǎng)側的電能質(zhì)量。
3．2 充電機中的直流控制的實(shí)現
充放電機的直流側主電路結構由兩對IGBT、兩只儲能電感L1，L2和濾波電容C組成。該電路采用二重化結構。效果圖如圖4所示，兩路直流輸出合成后得到紋波更小的輸出電流，同時(shí)使充放電電流與功率都得到成倍提高。

充電時(shí)，兩對IGBT的下管關(guān)斷，通過(guò)對充電電流與電壓的雙閉環(huán)控制輸出上管導通的占空比，實(shí)現Buck控制，將高頻整流后的母線(xiàn)電壓降低后給電池充電；放電時(shí)，兩對IGBT的上管關(guān)斷，通過(guò)對放電電流與電壓的雙閉環(huán)控制輸出下管導通的占空比，實(shí)現Boost控制，使電池對電網(wǎng)放電。升降壓控制采用雙閉環(huán)結構，外環(huán)是電壓環(huán)，內環(huán)是電流環(huán)，電壓環(huán)的輸出作為電流環(huán)的基準值。設計時(shí)要求內環(huán)響應速度比外環(huán)快，這樣整個(gè)結構在該控制策略下具有較大的系統增益及快速的電流跟隨性能，從而使系統獲得很好的動(dòng)態(tài)性能和抗干擾能力。
3．3 系統充放電實(shí)現
交流側經(jīng)SVPWM后發(fā)出6路PWM驅動(dòng)維持Udc穩定，電池充電時(shí)母線(xiàn)上的電能經(jīng)過(guò)雙閉環(huán)PI控制降壓，得到目標充電電流與電壓；放電時(shí)電池側經(jīng)過(guò)雙閉環(huán)控制升壓，得到目標放電電流與電壓。需要說(shuō)明的是，交流側工作狀態(tài)(整流或逆變)完全不受自身算法控制，它與直流側電池狀態(tài)(放電或充電)有關(guān)，可認為此時(shí)交流側為電池與電網(wǎng)能量交換的媒介，能量流動(dòng)完全由電池的充放電方向決定，實(shí)現過(guò)程如圖5所示。

4 實(shí)驗
圖6為充放電機實(shí)驗運行結果?？梢?jiàn)，圖6a中高頻整流的波形平滑，無(wú)明顯畸變，功率因數近似為1；圖6b中紋波電流較大；圖6c中電流紋波明顯小于各橋臂單獨工作時(shí)的情形；圖6d中交流側電流正弦度較好，Udc平穩，電池側控制電流穩定、無(wú)明顯紋波波動(dòng)。

5 結論
介紹了儲能電池用充放電機的拓撲結構和工作原理，對交流側高頻整流與逆變過(guò)程作了理論描述，并針對蓄電池充放電要求對升降壓電路進(jìn)行二重化，該方法極大削弱了直流紋波，并成倍提升了充放電電流與功率。由充放電裝置的實(shí)驗結果可見(jiàn)，設計的儲能電池用充放電機能成功并網(wǎng)運行，并能實(shí)現電池與電網(wǎng)兩側能量的雙向流動(dòng)，交流側電流正弦度良好，功率因數近似為1，直流電流穩定、紋波小。