電池儲能系統雙向DC-DC變換器設計之穩壓控制

下圖中，圖1是我們所設計的雙向型DC-DC變換器的主電路拓撲結構，圖2是三組電池儲能系統雙向DC-DC變換器的具體運行設計圖。

圖1 雙向DC-DC變換器主電路拓撲

圖2 三組電池儲能系統雙向DC-DC變換器

Boost空載穩壓控制

在本方案中，我們所設計的這種雙向型DC-DC變換器需要符合多電池儲能系統的工作要求，這就要求DC-DC變換器需要具備Boost運行模式。當這一電池儲能系統在電網(wǎng)斷電時(shí)，為了維系正常運轉，圖1所示變換器就需要做孤島運行，向關(guān)鍵負荷供電，即雙向DC-DC做Boost模式運行以此來(lái)維持直流母線(xiàn)電壓的恒定。而后級PWM雙向并網(wǎng)變換器則做逆變器運行，向關(guān)鍵負荷供電，通常Boost變換器是不能空載運行的，這主要是因為其升壓電感在開(kāi)關(guān)管導通過(guò)程中的儲能沒(méi)有釋放路徑，直流母線(xiàn)端相當于開(kāi)路，電壓將逐漸上升。

對本文研制的這種雙向型DC-DC變換器而言，兩個(gè)源之間的能量交換是自由控制的。當變換器處于空載穩壓運行時(shí)，由于Boost輸出電壓受控，故可等效為一個(gè)電壓源，這樣電感電流可實(shí)現雙向流動(dòng)，不會(huì )存在傳統Boost變換器空載條件下電感儲能沒(méi)有路徑釋放的問(wèn)題。而傳統采用二極管自然整流輸出作為源也不能實(shí)現空載穩壓運行。下圖中，圖2為空載穩壓運行時(shí)的穩態(tài)仿真波形，波形顯示在直流母線(xiàn)電壓穩壓500V運行中，電感L1電流是雙向流動(dòng)的。

圖3 直流母線(xiàn)電壓Vdc和L1電流波形

兩組電池互充放電控制

除了能夠在Boost模式下維持正常工作外，在本方案中，為了適應電池組儲能系統的需要，我們所設計的這一雙向型DC-DC還可以實(shí)現兩組電池的相互充放電功能。當電網(wǎng)斷電時(shí)，其中一組電池Boost模式運行，實(shí)現直流母線(xiàn)的穩壓功能，另一路電池則可從直流母線(xiàn)取電給自身進(jìn)行充電。這一該功能在其中一組電池急需充電，而其他電池組還能滿(mǎn)足放電時(shí)就可以采用本文介紹的功能。下圖中，圖4為仿真波形，圖4所示電池1進(jìn)行穩壓(指令電壓為500V)，電池組2充電(充電電流指令為-100A)，仿真結果顯示直流母線(xiàn)電壓穩定，充電電流平滑。

圖4 兩組電池相互充放電波形

以上就是本文針對一種多電池組儲能系統使用的DC-DC變換器的控制電路設計，所進(jìn)行的簡(jiǎn)要分析和介紹，希望通過(guò)本文的分享，對各位工程師們的日常工作和研發(fā)設計提供一定的借鑒與幫助。