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(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，三相交錯技術(shù)的引入克服了傳統(tǒng)單相DC／DC變流器的缺點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，三相交錯式雙向DC／DC變流器應(yīng)用于電力儲能系統(tǒng)能獲得較好的電壓、電流波形，為電網(wǎng)及儲能系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)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(tǒng)成為解決電力系統(tǒng)電能供需矛盾、改善供電質(zhì)量、提高電網(wǎng)安全和穩(wěn)定性以及實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)可持續(xù)發(fā)展的全新途徑。其中雙向變流器肩負(fù)著電池充電及電能回網(wǎng)的重任，是儲能系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)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(wěn)定運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。
傳統(tǒng)大功率雙向DC／DC變流器采用單相運(yùn)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(shù)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(xiàn)DC／DC變流器的三相交錯運(yùn)行，有效地改善了系統(tǒng)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，從而減小了開關(guān)管的電流應(yīng)力。另外，三相交錯DC／DC變流系統(tǒng)與有源逆變系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一致，兩套系統(tǒng)同時基于PEBB模塊構(gòu)建，利于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)模塊化結(jié)構(gòu)。
電力儲能系統(tǒng)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。無論選用哪種模式，在充電初期及后期都存在充電電流過大或過小的問題，如果電流紋波過大則會對某些電流紋波敏感型蓄電池產(chǎn)生危害。當(dāng)蓄電池放電時，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(gòu)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖1所示。系統(tǒng)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PI運(yùn)算單元得到PWM占空比，DSP產(chǎn)生的PWM驅(qū)動信號經(jīng)FPGA移相后送至PEBB模塊，驅(qū)動功率管的開斷。虛線框內(nèi)，PEBB模塊由6個功率開關(guān)管和6個功率二極管組成，并形成三相橋臂并聯(lián)連結(jié)結(jié)構(gòu)。當(dāng)變流器工作在單相模式時，6個功率開關(guān)管只有一個處于一定頻率的開關(guān)狀態(tài)，其他5個處于閑置狀態(tài)：當(dāng)變流器工作在三相交錯模式時，Buck電路中3個上管交替導(dǎo)通，3個下管處于關(guān)閉狀態(tài)，Boost電路中3個下管交替導(dǎo)通，3個上管處于關(guān)閉狀態(tài)。