多電池組儲能系統雙向DC-DC變換器的研制

本文研制的120 kW 鋰電池儲能系統雙向DC-DC 變換器，在電網斷電時，還能作為電壓源輸出，即以Boost 模式工作，輸出電壓Vdc 穩定，后級PWM 雙向并網變流器則做孤島運行，斷開KM1、閉合KM2,保證關鍵負荷供電。

2 控制系統設計

本文研制的雙向DC-DC 變換器，其基本工作原理為Buck 和Boost 變換，當電池放電時，DC-DC變換器以Boost 工作模式運行，在電池充電時，DC-DC 變換器以Buck 工作模式運行，本文不再對對Buck 和Boost 工作模式的常規控制策略進行累述，僅對電池儲能系統中雙向DC-DC 控制器設計時需要注意的幾個方面進行了分析。

2.1 均流控制

根據戴維寧等效電路，圖4 所示電路單組電池可做如圖5 等效。

圖5 DC-DC 變換器等效電路。

其中V1、V2 分別為兩個并聯模塊對應的開路電壓(橋臂輸出)，Z1、Z2 為兩個模塊等效阻抗，Z3為并聯接點到電池的阻抗，由于各并聯模塊銅排的布局、驅動的死區、以及IGBT 的開通延時和上升沿等的不同，導致輸出V1≠V2,同理每個并聯模塊輸出電纜長度和電抗器阻抗不同，一般Z1≠Z2,如果不采用均流控制策略，將導致兩個模塊輸出電流不一致，且產生環流，環流大小為I=(V1-V2)/(Z1+Z2)。

環流的存在不僅導致流過IGBT 的電流增大，同時也影響系統效率，為有效抑制環流，實現兩組變換器均等的輸出電流，必須采用均流控制策略，即是每個并聯模塊采用獨立的反饋控制，以實現兩并聯模塊電流相等，實現均流。當采用均流控制后兩個變換器可等效為圖6 所示兩個并聯的電流源，通過控制，當I1=I2 時，即可避免環流的產生。

圖6 采用均流控制后等效電路。

兩并聯模塊的均流控制框圖見圖7 所示，I_ref為電池給定充放電電流，兩路模塊并聯時，每個模塊的電流指令為I_ref 的一半，分別與對應模塊的電流反饋(I1_f 或I2_f)形成閉環，采用該控制策略能使兩路輸出電流完全相等。

圖7 電流控制框圖。