三相交錯式雙向DC／DC儲能變流器的研究

摘要：大功率雙向DC／DC變流器是電力儲能系統的重要環(huán)節，三相交錯技術(shù)的引入克服了傳統單相DC／DC變流器的缺點(diǎn)。實(shí)驗結果表明，三相交錯式雙向DC／DC變流器應用于電力儲能系統能獲得較好的電壓、電流波形，為電網(wǎng)及儲能系統的安全穩定運行提供了保障。
關(guān)鍵詞：變流器；三相交錯；電力儲能

1 引言
隨著(zhù)大容量電池儲能技術(shù)的發(fā)展，化學(xué)電池電力儲能系統成為解決電力系統電能供需矛盾、改善供電質(zhì)量、提高電網(wǎng)安全和穩定性以及實(shí)現電網(wǎng)可持續發(fā)展的全新途徑。其中雙向變流器肩負著(zhù)電池充電及電能回網(wǎng)的重任，是儲能系統的關(guān)鍵設備之一，其輸出電壓電流的質(zhì)量對化學(xué)電池的安全性能、使用壽命及電網(wǎng)的穩定運行起著(zhù)至關(guān)重要的作用。
傳統大功率雙向DC／DC變流器采用單相運行模式，對變流器容量、效率及輸出電能質(zhì)量的提高有一定限制作用。在此提出一種基于數字控制的三相交錯式雙向DC／DC儲能變流器控制方案。該控制器采用DSP和FPGA聯(lián)合控制模式，實(shí)現DC／DC變流器的三相交錯運行，有效地改善了系統的工作效率和輸出電能質(zhì)量，減小流經(jīng)各相電感的電流峰峰值及平均電流值，從而減小了開(kāi)關(guān)管的電流應力。另外，三相交錯DC／DC變流系統與有源逆變系統結構一致，兩套系統同時(shí)基于PEBB模塊構建，利于實(shí)現系統模塊化結構。
電力儲能系統中蓄電池的充電方式一般有恒壓限流、恒流限壓、先恒流后恒壓等模式。無(wú)論選用哪種模式，在充電初期及后期都存在充電電流過(guò)大或過(guò)小的問(wèn)題，如果電流紋波過(guò)大則會(huì )對某些電流紋波敏感型蓄電池產(chǎn)生危害。當蓄電池放電時(shí)，變流器工作在Boost模式，電路中電感的充放電作用必然造成蓄電池輸出電流紋波的產(chǎn)生。采用三相交錯技術(shù)構建的變流器可以有效減小蓄電池充放電電流紋波，進(jìn)而減小電流紋波對某些類(lèi)型蓄電池的危害。

2 三相交錯式雙向DC／DC儲能變流器
在此采用以PEBB模塊為基本單元的三相交錯拓撲結構，如圖1所示。系統采用DSP與FPGA聯(lián)合控制方式，變流器電壓電流信號經(jīng)DSP采樣形成反饋信號，與給定信號比較后經(jīng)過(guò)PI運算單元得到PWM占空比，DSP產(chǎn)生的PWM驅動(dòng)信號經(jīng)FPGA移相后送至PEBB模塊，驅動(dòng)功率管的開(kāi)斷。虛線(xiàn)框內，PEBB模塊由6個(gè)功率開(kāi)關(guān)管和6個(gè)功率二極管組成，并形成三相橋臂并聯(lián)連結結構。當變流器工作在單相模式時(shí)，6個(gè)功率開(kāi)關(guān)管只有一個(gè)處于一定頻率的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，其他5個(gè)處于閑置狀態(tài)：當變流器工作在三相交錯模式時(shí)，Buck電路中3個(gè)上管交替導通，3個(gè)下管處于關(guān)閉狀態(tài)，Boost電路中3個(gè)下管交替導通，3個(gè)上管處于關(guān)閉狀態(tài)。