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电池储能系统双向DC-DC变换器设计之稳压控制

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<[p] >下图中,图1是我们所设计的双向型DC-DC变换器的主电路拓扑结构,图2是三组电池储能系统双向DC-DC变换器的具体运行设计图。<[p] >&nbs[p] ;
双向DC-DC变换器主电路拓扑
<[p] >&nbs[p] ;<[p] style="text-align: center;">图1 双向DC-DC变换器主电路拓扑<[p] >&nbs[p] ;
三组电池储能系统双向DC-DC变换器
<[p] >&nbs[p] ;<[p] style="text-align: center;">图2 三组电池储能系统双向DC-DC变换器<[p] >Boost空载稳压控制<[p] >在本方案中,我们所设计的这种双向型DC-DC变换器需要符合多电池储能系统的工作要求,这就要求DC-DC变换器需要具备Boost运行模式。当这一电池储能系统在电网断电时,为了维系正常运转,图1所示变换器就需要做孤岛运行,向关键负荷供电,即双向DC-DC做Boost模式运行以此来维持直流母线电压的恒定。而后级[p] WM双向并网变换器则做逆变器运行,向关键负荷供电,通常Boost变换器是不能空载运行的,这主要是因为其升压电感在开关管导通过程中的储能没有释放路径,直流母线端相当于开路,电压将逐渐上升。<[p] >对本文研制的这种双向型DC-DC变换器而言,两个源之间的能量交换是自由控制的。当变换器处于空载稳压运行时,由于Boost输出电压受控,故可等效为一个电压源,这样电感电流可实现双向流动,不会存在传统Boost变换器空载条件下电感储能没有路径释放的问题。而传统采用二极管自然整流输出作为源也不能实现空载稳压运行。下图中,图2为空载稳压运行时的稳态仿真波形,波形显示在直流母线电压稳压500V运行中,电感L1电流是双向流动的。<[p] >&nbs[p] ;
直流母线电压Vdc和L1电流波形
<[p] >&nbs[p] ;<[p] style="text-align: center;">图3 直流母线电压Vdc和L1电流波形<[p] >两组电池互充放电控制<[p] >除了能够在Boost模式下维持正常工作外,在本方案中,为了适应电池组储能系统的需要,我们所设计的这一双向型DC-DC还可以实现两组电池的相互充放电功能。当电网断电时,其中一组电池Boost模式运行,实现直流母线的稳压功能,另一路电池则可从直流母线取电给自身进行充电。这一该功能在其中一组电池急需充电,而其他电池组还能满足放电时就可以采用本文介绍的功能。下图中,图4为仿真波形,图4所示电池1进行稳压(指令电压为500V),电池组2充电(充电电流指令为-100A),仿真结果显示直流母线电压稳定,充电电流平滑。<[p] >&nbs[p] ;
两组电池相互充放电波形
<[p] >&nbs[p] ;<[p] style="text-align: center;">图4 两组电池相互充放电波形<[p] >以上就是本文针对一种多电池组储能系统使用的DC-DC变换器的控制电路设计,所进行的简要分析和介绍,希望通过本文的分享,对各位工程师们的日常工作和研发设计提供一定的借鉴与帮助。

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