雙向DC/DC變換電路在儲(chǔ)能中的應(yīng)用

高昕　郁恒恒

【摘 要】本文講述了雙向DC/DC變換電路在儲(chǔ)能中的應(yīng)用，并對(duì)其原理與典型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)做了簡(jiǎn)要的分析，在Matlab/Simulink中搭建模型，并在開(kāi)環(huán)條件下對(duì)其仿真。

【關(guān)鍵詞】雙向DC/DC；儲(chǔ)能；仿真

0 前言

由于風(fēng)能、太陽(yáng)能等在發(fā)電過(guò)程中的不穩(wěn)定性以及能流密度等問(wèn)題，這種新能源直接接到電網(wǎng)中會(huì)降低電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行[1]。為了解決這一問(wèn)題，越來(lái)越多的儲(chǔ)能系統(tǒng)加入到電網(wǎng)中，改善電網(wǎng)穩(wěn)定和電能質(zhì)量。而雙向DC/DC變換電路是能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對(duì)其分析具有重要意義。

1 雙向DC/DC變換器原理

儲(chǔ)能系統(tǒng)要在充電和放電模式下都能正常工作，所以其電路要具備能量雙向流動(dòng)的能力。根據(jù)要求，控制變換器功率流動(dòng)的方向。如圖1，在需要正向工作時(shí)，變換器功率由Vhigh流向Vlow，在需要反向工作時(shí)，功率由Vlow流向Vhigh，這樣就實(shí)現(xiàn)了功率雙向流動(dòng)。

2 變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

從結(jié)構(gòu)上來(lái)看，DC/DC變換電路可以分為隔離型與非隔離型。兩者的主要區(qū)別就是有沒(méi)有實(shí)現(xiàn)電氣隔離，通常用高頻變壓器來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此隔離型的效率變低。而非隔離型DC/DC變換電路沒(méi)有加入變壓器，所以其效率比隔離型的要高。因此在儲(chǔ)能中使用較多的是相對(duì)效率更高的非隔離型。如圖1，是種比較經(jīng)典的非隔離型雙向Buck/Boost變換電路，在儲(chǔ)能中被廣泛使用[3]。

圖1 雙向DC/DC變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

可以看出該變換器可工作在升壓與降壓兩種不同的方式，當(dāng)其工作在降壓狀態(tài)下時(shí)，開(kāi)關(guān)元件T1導(dǎo)通，電流的流通方向?yàn)榻?jīng)過(guò)T1，電感L流向低壓側(cè)，同時(shí)電感L儲(chǔ)能；在T1關(guān)斷后，L上的電流維持不變，并與D2形成續(xù)流回路，電感釋放能量。在此過(guò)程中，電能由Vhigh一側(cè)傳遞到Vlow一側(cè)，系統(tǒng)工作在充電模式。

在系統(tǒng)工作在升壓狀態(tài)時(shí)，開(kāi)關(guān)元件T2導(dǎo)通，電感L存儲(chǔ)能量；當(dāng)T2關(guān)斷時(shí)，L中電流維持不變，與D1形成續(xù)流回路，電感中的電能得以釋放。能量由Vlow側(cè)傳遞到Vhigh側(cè)，系統(tǒng)工作在放電模式。

2 變換器的仿真

結(jié)合上述原理在Matlab/Simulink中建立變換電路的仿真模型，其參數(shù)為：輸入U(xiǎn)dc=100V，L=1mH，C=100uf，R=50Ω。

經(jīng)過(guò)仿真可以得到降壓模式下開(kāi)環(huán)控制時(shí)的波形，如圖2，輸出直流70V。

圖2 降壓模式輸出電壓波形

同理，可以得到在升壓下的輸出電壓為直流200V。

3 總結(jié)

本文講述了雙向DC/DC變換電路在儲(chǔ)能中的簡(jiǎn)單應(yīng)用，分析其基本原理與結(jié)構(gòu)，并在Matlab中對(duì)其仿真。

【參考文獻(xiàn)】

[1]張文亮，邱明，來(lái)小康.儲(chǔ)能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2008，32（7）：1-9.

[2]劉真.微電網(wǎng)儲(chǔ)能雙向DC-DC變換器研究與設(shè)計(jì)[D]. 武漢理工大學(xué)碩士論文，2014：6.

[3]王兆安.電力電子技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009：119-124.endprint