储能电池用充放电机的设计

摘要：为适应储能电池的应用场合，设计了一种适用于并网的新型充放电机。采用AC／DC，DC／DC的两级结构，采用空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术实现逆变与整流，在DC／DC变换侧采用二重化形式，在提高最大充放电功率的同时，有效抑制了直流纹波。实验结果表明装置在直流侧与交流侧均得到较为理想的波形。
关键词：储能电池；充放电机；二重化

1 引言
随着电池技术进步和电力电子器件性能提升，如何利用电池储能技术成为新能源领域的重要议题。充放电机作为储能电池的核心设备在电池能与电能的相互转化中起决定作用。目前最常见的较大功率充电设备多采用三相相控或不控整流方式，这会给电网带来大量低次谐波，严重污染供电电网。且电池充、放电大多采用两套独立装置，不仅浪费了资源．也极大增加了运行和维护费用。
为解决目前充放电设备普遍存在的问题，在此介绍了一种储能电池用充放电机，采用并网逆变与整流的双向结构，集充、放电于一体。该设备采用SVPWM技术和DC／DC二重化结构，在增加一路升降压电路结构的情况下，成倍提高直流输入输出功率，大幅削弱直流纹波。

2 工作原理
图1为充放电机主拓扑结构图。系统通过变压器与电网相连，再通过软启动电路、LCL滤波器和三相桥式IGBT模块相连，最后通过二重化直流升降压电路接电池。电池与网侧能量可进行双向流动。充电时，三相交流电经变压器降压、LCL滤波器滤波，再经SVPWM整流和Buck变换给电池充电；放电时，电池经Boost电路和SVPWM逆变、LCL滤波器滤波，最后经由变压器将能量回馈电网。为分析方便，将二重化直流升降压电路称为直流侧，其余部分称作交流侧，两者分开讨论。

3 系统实现
3．1 充放电机中的交流控制算法实现
为方便分析，简化变流结构，如图2所示。

式中：ud，uq为三相电网电压合成矢量的d，q轴分量；id，iq为三相电流合成矢量的d，q轴分量，由软件锁相和三相电流坐标变换得到；urd，urq为三相空间矢量交流侧电压的d，q轴分量，由PI环输出。