石油、煤炭等传统资源的日益减少,促使我们使用更多的新能源。但是新能源发电的大量接入对电力系统的稳定性和电能质量带来了空前挑战。储能技术的应用可以减小新能源发电接入对电力系统的影响,同时可以将乏锂电池应用到储能系统中实现锂电池的梯次化利用。作为锂电池储能系统的重要部分,双向直流变换器成为了研究重点。
本文依托于北京市科技计划项目“光伏并网用统一功率控制装备及直流微网技术研究与示范应用(D1311004002013003)”。本文将高频隔离型半桥双向DC/DC变换器应用到锂电池储能系统中,通过移相控制实现电池的充放电。主要研究内容如下：
首先对双向直流变换器的拓扑结构、建模方法、应用现状、控制技术和软开关技术进行了分析和比较。结合课题实际需要,选择了高频隔离型半桥双向DC/DC变换器作为研究对象。详细介绍了高频隔离型半桥双向DC/DC变换器的工作原理,对稳态输出特性进行了理论分析；根据实验室低压物理模型设计了主电路参数,对变换器在Boost和Buck模式下的稳态工况和进行仿真研究；推导了高频隔离型半桥双向DC/DC变换器的软开关条件,并用仿真进行了验证。
其次对高频隔离型半桥双向DC/DC变换器的数学建模和控制系统进行了研究。推导了状态空间平均数学模型,并对其进行降阶和简化处理；建立了简化状态空间平均数学模型和线性小信号模型,并且以该小信号模型为基础,构建了变换器电压闭环系统控制结构；通过波特图和单位冲击响应进行电压环控制系统的设计和优化；并且对高频隔离型半桥双向DC/DC变换器的双向控制策略、移相角控制策略、占空比控制策略、控制模式进行了详细的研究。
最后对高频隔离型半桥双向DC/DC变换器的控制系统、采样电路和驱动电路进行了详细设计。以TMS320F28335型DSP芯片为控制核心,设计了功率为700W的高频隔离型半桥双向DC/DC变换器实验样机,通过DSP实现了数字移相,并在样机上对其进行了实验验证。实验结果证明了高频隔离型半桥双向DC/DC变换器拓扑具有良好的稳态工作特性,功率开关管能够实现软开关,也表明通过DSP软件编程实现数字移相的方法是完全可行的。上述工作为基于电池储能的组合级联式功率转换系统的进一步深入研究应用提供了技术基础。
