用于储能系统的多重化双向DC/DC变换器的研究

当前，可再生能源发电处于高速发展的时期，大规模储能系统在可再生能源发电并网、平滑功率波动方面具有重要作用，采用AC/DC+DC/DC两级结构的储能变换器已经得到广泛的应用。本文以两级式储能变换器中双向DC/DC变换器为研究对象，对其工作原理、多重化结构、数学模型与控制器设计进行了深入研究与分析。 介绍了常用双向DC/DC变换器拓扑结构，分析了本文所采用的双向半桥DC/DC变换器的工作原理，应用状态空间平均的方法推导了变换器小信号模型，并介绍了本文采用的多重化交错并联结构在减小电流纹波与电感体积中的作用。 针对储能变换器对电池充放电控制的要求，采用电压电流双闭环控制策略，电流闭环实现恒流充电与放电，电压电流双闭环实现恒压充电，在频域内设计了电压环与电流环PI控制器，在设计时考虑数字控制带来的控制延时的影响，在matlab/simulink中建立仿真模型进行验证。针对多重化交错并联结构，在分析常用均流方法的基础上，采用数字均流法进行均流控制，并分析了均流控制过程中电路的工作状态。 建立了多重化双向DC/DC变换器实验装置，完成了主电路的参数计算与器件选型。进行了恒流模式、恒压模式及模式间切换实验，实验结果表明本文采用的控制策略能够实现对电池充放电的精确控制，具有良好的动态性能与稳态性能，能够应用于两级结构储能变换器中。