双向储能系统DC/DC变换器设计本报告设计了双向储能系统DC-DC变换器，并基于计算机仿真PSCAD软件进行了仿真，器变换器拓扑如图1(a)所示，其中左侧为低压侧，接储能电池，右侧为高压侧，接负载与分布式电源，变换器电感为5mH，高压侧稳压电容为3000成，开关频率为6000Hz。变换器控制策略采用双闭环定电压控制，外环为电压环，内环为电流环，从而起到稳定高压侧电压的作用，如图l(b)所示。1低压侧：Vdc：35-50V；电流纹波＜3%(满载充电工况下)由于锂离子电池电压会随着SOC波动，其波动范围为35-50V,因此首先需要对锂离子电池进行建模。查阅文献可知，可使用单变量函数描述锂离子电池SOC与电池端电压之间的关系。由于当SOC为0时，电池端电压为35V；当SOC为1时，电池端电压为50V，因此利用典型的单变量函数可以得到本文中锂离子电池的数学模型，即u=10.345(-1.031e-35soc+3.685+0.2156SOC-0.1178SOC2+0.3201SOC3)+7.544(1)out根据模型可以得到PSCAD锂离子电池模型如图2所示。仿真可得其SOC-电压特性曲线如图3所示。图1(a)变换器拓图l(b)变换器控制策udT=f2uu(1_T^)Tinuout2Lu(u_u)“—inoutin—±2uL(ima1000W=28.57A因此有u(u—u)inoutinT<28.57X0.03=0.8571A2uLout由(2)可知当uin最小时，电流纹波有最大值，uin=35V代入可得(3)(4)其中uin为低压侧输入电压，uout为高压侧输出电压，T为开关周期，L为电感满载时电流最大值为因此L取5mH可以满足要求，其电流纹波的仿真波形如图4所示，可以看出电流纹波不到0.7A，满足要求。图3锂离子电池SOC-电压特性曲线由按秒特性原理，可知电流纹波与高低压侧电压及电感有关，可以得到稳态下的电图4电感电流纹波2高压侧：Vdc:400V；电压纹波＜2%（满在放电工况下）直流母线电容有滤波和稳压功能，根据参考文献中实际工程的经验值，取稳压电容为1000咸，其高压侧稳压电容纹波如图5所示，可以看出母线电压纹波约为0.15V,占比约为0.0375%，完全满足要求。图5高压侧直流母线电压纹波3输出功率1kW；当高压侧负载为1kW时，输出功率如图6所示，高压侧电压如图7所示，电池电压如图8所示，电池输出电流如图9所示，电池SOC如图10所示。可以看出虽然电池电压随着SOC的下降而下降，但是高压侧电压始终保持稳定，电池测电流会随着电池端电压的下降而上升以维持输出侧功率稳定。G.001C5G-G.OG1G4G-O.OO1C3O-G.OG1C-2G-G.OG1C-1G-^■G.OOICGO-O.OOO&9G-0.000&BG-O.OOO57G-0.000&SG-PoutG.000&5G」2.03.05.06.07.08.00.460-0.440-Q.42Q-0.400-Q.2-BG-0.360-O.Z4O-0.320J2.03.04.Q图6输出功率Eout5.0S.O9.010.D1图7高压侧电压Ein2.040E.O9.]■a.oi&SE-Q.0463C-Q.04675-0.04670-a.QdGGB-a.owc-a.04655」图8电池电压ibattery-2.7.fi.1G■1t-fl0.0205-0.020C-ibattery-ibattery-0.380J■^Urtitl&d＞fl0012q0.0010-G.000B-0.0QQ0.0Q0400002-0.00002.5.e7.E.5.1D5若想提高变换器功率密度，在设计时应考虑哪些因素？1首先合理的布局是减小体积最有效的方式，主电路、控制电路、散射系统等合理布局，甚图11放电时的效率变图12放电时的效率变Po图13充电时的效率变图14充电时的效率变至控制单路PCB板的最优设计，可以最大程度的利用有限空间，可以减少变换器的体积，从而提高其功率密度；2散热系统的设计也非常关键，因为变换器内部温度越高，效率越低，输出的功率也越低，从而导致功率密度的降低；3在满足相应指标的基础上，尽可能采用更小的电感、电容，以及容量更小电力电子开关元件，从而降低体积，提高功率密度；4将桥壁多重化，如现有的三相交错DC/DC变换器，多重桥壁可共享输入、输出侧电容、断路器、接触器等原件，且多重化可降低总的电流纹波比率，对电容值要求更低，使其体积更小，从而可大大提高功率密度；5对于带高频变压器的隔离型DC/DC变换器，提高开关频率可以大大减少高频变压器的体积，并有利于降低稳压电容值即减少电容体积，从而提高功率密度。■电■znza，屯—1%氐I—云|色八创TK血GflHyJrlr恥i*LOfLpifjllr・.4CWwfl|O，:|g|=•|田：:⑷|Q]F>XW|4如|图15PSCAD模型整体布局日PG”阳畑“爾畑■]j回R・ZViiw州rdw虫凹举甘切◎魏憶•—：#卜rT.|E2・d附：PSCAD模型整体布局如图15所示。
