儲能電池用充放電機的設計

由圖可知，整流與逆變具有相同的控制過程。只要將控制直流母線電壓Udc的PI環(huán)的輸出idref限定在正值范圍，則交流電流會從電網流向直流母線，反之直流側電能就會流向電網。通常情況下，q軸PI控制的目標參數給定值iqref=0，這使得充放電機運行在功率因數為1的狀態(tài)下。但在逆變情況下，若將iqref設定為有效的正值或負值，則充放電機將會向交流側發(fā)出電流超前或滯后電壓的無功，根據需要調節(jié)電網側的電能質量。
3．2 充電機中的直流控制的實現
充放電機的直流側主電路結構由兩對IGBT、兩只儲能電感L1，L2和濾波電容C組成。該電路采用二重化結構。效果圖如圖4所示，兩路直流輸出合成后得到紋波更小的輸出電流，同時使充放電電流與功率都得到成倍提高。

充電時，兩對IGBT的下管關斷，通過對充電電流與電壓的雙閉環(huán)控制輸出上管導通的占空比，實現Buck控制，將高頻整流后的母線電壓降低后給電池充電；放電時，兩對IGBT的上管關斷，通過對放電電流與電壓的雙閉環(huán)控制輸出下管導通的占空比，實現Boost控制，使電池對電網放電。升降壓控制采用雙閉環(huán)結構，外環(huán)是電壓環(huán)，內環(huán)是電流環(huán)，電壓環(huán)的輸出作為電流環(huán)的基準值。設計時要求內環(huán)響應速度比外環(huán)快，這樣整個結構在該控制策略下具有較大的系統(tǒng)增益及快速的電流跟隨性能，從而使系統(tǒng)獲得很好的動態(tài)性能和抗干擾能力。
3．3 系統(tǒng)充放電實現
交流側經SVPWM后發(fā)出6路PWM驅動維持Udc穩(wěn)定，電池充電時母線上的電能經過雙閉環(huán)PI控制降壓，得到目標充電電流與電壓；放電時電池側經過雙閉環(huán)控制升壓，得到目標放電電流與電壓。需要說明的是，交流側工作狀態(tài)(整流或逆變)完全不受自身算法控制，它與直流側電池狀態(tài)(放電或充電)有關，可認為此時交流側為電池與電網能量交換的媒介，能量流動完全由電池的充放電方向決定，實現過程如圖5所示。

4 實驗
圖6為充放電機實驗運行結果。可見，圖6a中高頻整流的波形平滑，無明顯畸變，功率因數近似為1；圖6b中紋波電流較大；圖6c中電流紋波明顯小于各橋臂單獨工作時的情形；圖6d中交流側電流正弦度較好，Udc平穩(wěn)，電池側控制電流穩(wěn)定、無明顯紋波波動。

5 結論
介紹了儲能電池用充放電機的拓撲結構和工作原理，對交流側高頻整流與逆變過程作了理論描述，并針對蓄電池充放電要求對升降壓電路進行二重化，該方法極大削弱了直流紋波，并成倍提升了充放電電流與功率。由充放電裝置的實驗結果可見，設計的儲能電池用充放電機能成功并網運行，并能實現電池與電網兩側能量的雙向流動，交流側電流正弦度良好，功率因數近似為1，直流電流穩(wěn)定、紋波小。