一款有效的電流源型雙向儲能變流器設(shè)計方案

環(huán)境污染和能源危機(jī)問題的日益嚴(yán)峻促使分布式新能源發(fā)電在我國發(fā)電能源結(jié)構(gòu)中所占的比例逐年增加，然而分布式新能源發(fā)電系統(tǒng)易隨環(huán)境波動、難以預(yù)測的特性對電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定、可靠性和電能質(zhì)量產(chǎn)生影響。

電池儲能系統(tǒng)作為一種能量存儲媒介，具有雙向功率能力和靈活調(diào)節(jié)特性，可以有效改善可再生能源發(fā)電功率波動性與間歇性對電網(wǎng)帶來的負(fù)面影響，提高電網(wǎng)對分布式新能源的接納能力，因此具有廣闊的應(yīng)用前景。

儲能變流器作為電池儲能系統(tǒng)中關(guān)鍵部件之一，可將不同種類電池存儲的直流能量轉(zhuǎn)換為符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的交流電能。長期以來，電壓型儲能變流器以其較低的損耗、簡單的結(jié)構(gòu)及控制等優(yōu)點(diǎn)在電池儲能系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。

但是由于電壓型變換器從交流側(cè)到直流側(cè)具有升壓特性，導(dǎo)致其在低壓范圍內(nèi)調(diào)節(jié)范圍小，如需滿足系統(tǒng)寬范圍電壓輸出要求，電壓型AC-DC變換器還需額外的DC-DC降壓電路。而且電壓型變換器直流側(cè)輸出電流紋波大，而蓄電池對電流紋波非常敏感，電流紋波過大會對電池的使用壽命造成嚴(yán)重?fù)p害。

針對上述問題，由于電流型變換器從交流側(cè)至直流側(cè)為降壓特性，具有寬范圍的電壓輸出和電流調(diào)節(jié)能力，而且輸出電流紋波小，因此電流源型變換器比電壓型變換器在電池儲能系統(tǒng)應(yīng)用中更具優(yōu)勢。

本文設(shè)計了一種基于電流源型變換器的雙向儲能變流器，該變流器采用三相電流源型AC-DC變換器與特殊隔離型DC-DC變換器相結(jié)合的兩級式結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)低壓范圍內(nèi)寬范圍的電壓、電流調(diào)節(jié)，并且輔以特殊隔離型DC-DC變換器實(shí)現(xiàn)電氣隔離，以及能夠改變系統(tǒng)直流側(cè)電流方向，實(shí)現(xiàn)能量雙向流動。并基于DSP TMS320F28335和SVPWM控制算法實(shí)現(xiàn)了對該變流器的數(shù)字控制。

最后研制了一套10kW的變流器測試樣機(jī)，測試結(jié)果表明該變流器在低壓范圍內(nèi)電壓輸出范圍大，可以實(shí)現(xiàn)能量雙向流動，測試結(jié)果驗證了該變流器設(shè)計方案的可行性和有效性。

圖6系統(tǒng)控制框圖

結(jié)論

本文針對電壓源型AC-DC儲能變流器低壓調(diào)節(jié)范圍小、電流紋波大的問題，提出了一種新型的電流型儲能變流器結(jié)構(gòu)，試驗結(jié)果表明該系統(tǒng)在低壓范圍內(nèi)電壓輸出范圍寬，電流紋波小，具有電壓、電流均可調(diào)的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)能量雙向流動，具有很好的應(yīng)用前景。