UPS雙有源橋DC/DC變換器鉛酸電池充放電控制研究

朱孟江

【摘 要】為了確保鉛酸電池組安全的充放電，提出UPS不同工作模式下鉛酸電池組儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電控制策略。在Matlab/Simulink仿真環(huán)境下，對(duì)不同充放電切換控制下的鉛酸電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)行特性進(jìn)行了仿真，驗(yàn)證了雙有源橋DC/DC變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制策略的正確性。

【關(guān)鍵詞】鉛酸電池；充放電；雙向全橋DC/DC；工作模式

0 引言

隨著科技的進(jìn)步，用戶對(duì)電源系統(tǒng)提供的供電質(zhì)量、穩(wěn)定性、效率明顯提高，而不間斷電源（uninterruptible power supply，UPS）的不斷發(fā)展有效的解決以上問題，其中研究比較熱門的UPS是雙變換式，既采用雙有源橋DC/DC變換器代替?zhèn)鹘y(tǒng)兩單向鉛酸蓄電池進(jìn)行充放電，它能夠在保持變換器兩端電壓極性不變的情況下實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng)，相對(duì)傳統(tǒng)的單向DC/DC變換器節(jié)省了器件數(shù)目，減小了變換器的體積，提高了系統(tǒng)傳輸效率。因此，采用雙有源橋DC/DC變換器對(duì)鉛酸蓄電池進(jìn)行充放電管理具有明顯的優(yōu)勢，在UPS中得到越來越廣泛的應(yīng)用。

1 雙有源橋DC/DC變換器結(jié)構(gòu)

典型的雙有源橋 DC/DC 變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖中，高頻變壓器T的使用可以隔離電網(wǎng)側(cè)異常影響到鉛酸電池，提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，雙重移相算法控制兩端共8個(gè)MOS通/斷，使鉛酸電池在充放電時(shí)電壓、電流穩(wěn)定，下面重點(diǎn)研究功率從Vdc到鉛酸電池側(cè)系統(tǒng)運(yùn)行的情況。

2 雙有源橋DC/DC模塊控制策略

雙極式UPS系統(tǒng)工作模式可以分為四種模式：旁路供電模式、UPS供電模式、鉛酸蓄電池供電模式、鉛酸蓄電池饋電模式。每種模式所需的控制策略都有所不同，在UPS供電模式下，鉛酸電池處于充電狀態(tài)，控制電池端的的電壓和電流進(jìn)行充電；鉛酸蓄電池供電模式下，控制直流母線的電壓不變，鉛酸蓄電池對(duì)負(fù)載提供電能；鉛酸蓄電池饋電模式下，對(duì)電池電流進(jìn)行控制，把鉛酸電池組的能量反饋到電網(wǎng)中。

3 仿真分析

為驗(yàn)證移相控制算法用于鉛酸電池充放電控制中的有效性，用MATLAB/Simulink搭建了600W的仿真模型，其他系統(tǒng)參數(shù)為：變壓器變比n=5：1；Vdc=400V；開關(guān)頻率10KHz。

圖2為仿真鉛酸蓄電池在雙有源橋DC/DC變換器中充電電壓、電流的變化曲線。

一開始變換器以穩(wěn)定的10A電流對(duì)鉛酸蓄電池進(jìn)行充電，電池電壓約為49V，電壓升高趨勢不明顯，隨著電池容量的增大，電壓逐漸升高至55V切換到恒壓充電，電流逐漸降低，證明鉛酸蓄電池在雙有源橋DC/DC變換器中充電的可行性。

4 結(jié)論

應(yīng)用雙重移相控制的雙有源橋DC/DC變換器對(duì)鉛酸蓄電池采用二階段充電法。仿真結(jié)果與理論分析基本一致，在鉛酸蓄電池充放電過程中，輸出電壓、電流可控，通過優(yōu)化移相角D1、D2控制算法幾乎消除了電路中的回流功率，提高了系統(tǒng)的功率因數(shù)，證明了本文提出的控制策略的正確性。

【參考文獻(xiàn)】

[1]谷慶，袁立強(qiáng)，聶金銅，等.基于開關(guān)組合規(guī)律的雙有源橋DC-DC變換器傳輸功率特性[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2017，32（13）：69-79.

[2]李婧，袁立強(qiáng)，谷慶，等.一種基于損耗模型的雙有源橋DC-DC變換器效率優(yōu)化方法[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)， 2017，32（14）：66-76.

[3]張勛，王廣柱，商秀娟，等.雙向全橋DC-DC變換器回流功率優(yōu)化的雙重移相控制[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2016，36（4）：1090-1097.

[4]趙彪，于慶廣，王立雯，等.用于電池儲(chǔ)能系統(tǒng)并網(wǎng)的雙向可拓展變流器及其分布式控制策略[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2011，31（s1）：244-256.endprint