电池储能系统双向DC-DC变换器设计之稳压控制

在昨天的文章中，我们针对一种多电池储能系统适用的双向型DC-DC变换器的均流控制电路设计，进行了详细的分析和介绍。今天我们将会就这一DC-DC变换器设计方案中最后的一个环节，即稳压控制电路部分的设计情况，进行详细介绍。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。

图1 双向DC-DC变换器主电路拓扑

图2 三组电池储能系统双向DC-DC变换器

Boost空载稳压控制

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PWM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。

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。

图3 直流母线电压Vdc和L1电流波形

两组电池互充放电控制

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。

图4 两组电池相互充放电波形

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。