多電池組儲能系統雙向DC-DC變換器的研制

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

2 控制系統設計

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，當電池放電時(shí)，DC-DC變換器以Boost 工作模式運行，在電池充電時(shí)，DC-DC 變換器以Buck 工作模式運行，本文不再對對Buck 和Boost 工作模式的常規控制策略進(jìn)行累述，僅對電池儲能系統中雙向DC-DC 控制器設計時(shí)需要注意的幾個(gè)方面進(jìn)行了分析。

2.1 均流控制

根據戴維寧等效電路，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(gè)并聯(lián)模塊對應的開(kāi)路電壓(橋臂輸出)，Z1、Z2 為兩個(gè)模塊等效阻抗，Z3為并聯(lián)接點(diǎn)到電池的阻抗，由于各并聯(lián)模塊銅排的布局、驅動(dòng)的死區、以及IGBT 的開(kāi)通延時(shí)和上升沿等的不同，導致輸出V1≠V2,同理每個(gè)并聯(lián)模塊輸出電纜長(cháng)度和電抗器阻抗不同，一般Z1≠Z2,如果不采用均流控制策略，將導致兩個(gè)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)流的存在不僅導致流過(guò)IGBT 的電流增大，同時(shí)也影響系統效率，為有效抑制環(huán)流，實(shí)現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(gè)并聯(lián)模塊采用獨立的反饋控制，以實(shí)現兩并聯(lián)模塊電流相等，實(shí)現均流。當采用均流控制后兩個(gè)變換器可等效為圖6 所示兩個(gè)并聯(lián)的電流源，通過(guò)控制，當I1=I2 時(shí)，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(jiàn)圖7 所示，I_ref為電池給定充放電電流，兩路模塊并聯(lián)時(shí)，每個(gè)模塊的電流指令為I_ref 的一半，分別與對應模塊的電流反饋(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。