双向DC/DC变换器及电池能量管理系统研究

当前新能源处于快速开发的时期，在传统的电力系统中引入大容量的储能系统可以提高系统的稳定性，采用AC/DC+DC/DC变换器的双级式电池储能系统已经得到广泛地应用。本文以两级结构能量转换系统(PCS)中双向DC/DC变换器作为研究对象，对其工作原理、数学模型、控制器设计和电池荷电状态(SOC)检测技术做了深入的分析和研究。 给出了双向DC/DC变换器的拓扑，介绍了变换器的工作原理，并使用状态空间平均法推导了双向DC/DC变换器的小信号模型。 针对两级结构的PCS中双向DC/DC变换器负责电池充放电管理的要求，通过电流闭环实现了恒流充放电模式，通过电压与电流双闭环控制实现恒压充电模式，采用频域的方法设计了相应的PI控制器参数，并使用Matlab搭建电路级的仿真模型来验证控制器参数设计的合理性。 为了便于能量管理与电池的充放电控制，采用安时法结合开路电压法的方法来检测电池的SOC：通过实验检测出开路电压对应荷电状态(OCV-SOC)的曲线，利用该曲线计算电池的初始SOC，分析了影响SOC检测的因素，在安时法实时计算SOC的过程中，利用Peukert方程完成了对充放电倍率因素的修正。 研制了双向DC/DC变换器实验平台，给出了主电路器件的选型、参数的计算和驱动电路的设计。利用TMS320LF28335数字信号处理器(DSP)与上位机实现了电池的充放电管理，分别使用C语言与VB语言编写DSP控制程序和上位机程序，DSP与上位机通过串口进行数据交换。 在双向DC/DC变换器实验平台上完成了电池恒流充电、恒压充电、恒流放电以及恒流充放电切换的实验，实验结果表明，本文所采用的双向DC/DC变换器及电池能量管理策略能够应用于两级结构的电池储能系统。