一种电流源型AC-直流稳压电源DC储能变流器双向储能变流器设计方案
2017-11-24 10:40:42 点击：
针对电压源型AC-直流稳压电源DC储能变流器存在低压调节范围小、电流纹波大的问题，设计了一种三相电流源型AC-直流稳压电源DC变换器与特殊的隔离型直流稳压电源DC-直流稳压电源DC变换器相结合的两级式储能变流器，基于DSP TMS320F28335和SVPWM控制策略实现了对该变流器的数字化控制，最后通过试验验证了电路拓扑和控制策略的可行性和有效性。
环境污染和能源危机问题的日益严峻促使分布式新能源发电在我国发电能源结构中所占的比例逐年增加，然而分布式新能源发电系统易随环境波动、难以预测的特性对电网的电压稳定、可靠性和电能质量产生影响[1-4]。
电池储能系统作为一种能量存储媒介，具有双向功率能力和灵活调节特性，可以有效改善可再生能源发电功率波动性与间歇性对电网带来的负面影响，提高电网对分布式新能源的接纳能力，因此具有广阔的应用前景[5-8]。
储能变流器作为电池储能系统中关键部件之一，可将不同种类电池存储的直流稳压电源能量转换为符合相应标准的交流电能。长期以来，电压型储能变流器以其较低的损耗、简单的结构及控制等优点在电池储能系统中得到了广泛的应用[9]。
但是由于电压型变换器从交流侧到直流稳压电源侧具有升压特性，导致其在低压范围内调节范围小，如需满足系统宽范围电压输出要求，电压型AC-直流稳压电源DC变换器还需额外的直流稳压电源DC-直流稳压电源DC降压电路[10]。而且电压型变换器直流稳压电源侧输出电流纹波大，而蓄电池对电流纹波非常敏感，电流纹波过大会对电池的使用寿命造成严重损害[11]。
针对上述问题，由于电流型变换器从交流侧至直流稳压电源侧为降压特性，具有宽范围的电压输出和电流调节能力，而且输出电流纹波小，因此电流源型变换器比电压型变换器在电池储能系统应用中更具优势。
本文设计了一种基于电流源型变换器的双向储能变流器，该变流器采用三相电流源型AC-直流稳压电源DC变换器与特殊隔离型直流稳压电源DC-直流稳压电源DC变换器相结合的两级式结构，可以实现低压范围内宽范围的电压、电流调节，并且辅以特殊隔离型直流稳压电源DC-直流稳压电源DC变换器实现电气隔离，以及能够改变系统直流稳压电源侧电流方向，实现能量双向流动。并基于DSP TMS320F28335和SVPWM控制算法实现了对该变流器的数字控制。
最后研制了一套10kW的变流器测试样机，测试结果表明该变流器在低压范围内电压输出范围大，可以实现能量双向流动，测试结果验证了该变流器设计方案的可行性和有效性。
图6 AC-直流稳压电源DC储能变流器系统控制框图
结论
本文针对电压源型AC-直流稳压电源DC储能变流器低压调节范围小、电流纹波大的问题，提出了一种新型的电流型储能变流器结构，试验结果表明该系统在低压范围内电压输出范围宽，电流纹波小，具有电压、电流均可调的特点，可以实现能量双向流动，具有很好的应用前景。
环境污染和能源危机问题的日益严峻促使分布式新能源发电在我国发电能源结构中所占的比例逐年增加，然而分布式新能源发电系统易随环境波动、难以预测的特性对电网的电压稳定、可靠性和电能质量产生影响[1-4]。
电池储能系统作为一种能量存储媒介，具有双向功率能力和灵活调节特性，可以有效改善可再生能源发电功率波动性与间歇性对电网带来的负面影响，提高电网对分布式新能源的接纳能力，因此具有广阔的应用前景[5-8]。
储能变流器作为电池储能系统中关键部件之一，可将不同种类电池存储的直流稳压电源能量转换为符合相应标准的交流电能。长期以来，电压型储能变流器以其较低的损耗、简单的结构及控制等优点在电池储能系统中得到了广泛的应用[9]。
但是由于电压型变换器从交流侧到直流稳压电源侧具有升压特性，导致其在低压范围内调节范围小，如需满足系统宽范围电压输出要求，电压型AC-直流稳压电源DC变换器还需额外的直流稳压电源DC-直流稳压电源DC降压电路[10]。而且电压型变换器直流稳压电源侧输出电流纹波大，而蓄电池对电流纹波非常敏感，电流纹波过大会对电池的使用寿命造成严重损害[11]。
针对上述问题，由于电流型变换器从交流侧至直流稳压电源侧为降压特性，具有宽范围的电压输出和电流调节能力，而且输出电流纹波小，因此电流源型变换器比电压型变换器在电池储能系统应用中更具优势。
本文设计了一种基于电流源型变换器的双向储能变流器，该变流器采用三相电流源型AC-直流稳压电源DC变换器与特殊隔离型直流稳压电源DC-直流稳压电源DC变换器相结合的两级式结构，可以实现低压范围内宽范围的电压、电流调节，并且辅以特殊隔离型直流稳压电源DC-直流稳压电源DC变换器实现电气隔离，以及能够改变系统直流稳压电源侧电流方向，实现能量双向流动。并基于DSP TMS320F28335和SVPWM控制算法实现了对该变流器的数字控制。
最后研制了一套10kW的变流器测试样机，测试结果表明该变流器在低压范围内电压输出范围大，可以实现能量双向流动，测试结果验证了该变流器设计方案的可行性和有效性。
图6 AC-直流稳压电源DC储能变流器系统控制框图
结论
本文针对电压源型AC-直流稳压电源DC储能变流器低压调节范围小、电流纹波大的问题，提出了一种新型的电流型储能变流器结构，试验结果表明该系统在低压范围内电压输出范围宽，电流纹波小，具有电压、电流均可调的特点，可以实现能量双向流动，具有很好的应用前景。
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