[發(fā)明專利]一種基于LCL濾波器的雙向DCDC變換器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510926343.5
• 申請(qǐng)日: 2015-12-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106877652A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-06-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魏瑩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 魏瑩
• 主分類號(hào): H02M3/155
• 分類號(hào): H02M3/155
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種雙向DCDC變換裝置，尤其涉及一種基于LCL濾波器的雙向DCDC變換器。

背景技術(shù)

新能源的發(fā)展順應(yīng)了日益匱乏的能源和日趨惡化的環(huán)境，新能源因?yàn)樽匀粭l件的影響，波動(dòng)性和間歇性也對(duì)新能源并網(wǎng)的安全運(yùn)行帶來(lái)顯著影響，儲(chǔ)能技術(shù)可以在很大程度上解決新能源的隨機(jī)性和波動(dòng)性問(wèn)題，而蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)也是目前技術(shù)最成熟的一種儲(chǔ)能技術(shù)，現(xiàn)在也有大量的蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在新能源、微電網(wǎng)中應(yīng)用。

在蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中，雙向變流器承擔(dān)蓄電池能量和DC/AC變流器能量雙向輸送的任務(wù)，采用L型濾波器的Buck/Boost型雙向變流器在可靠性、體積和質(zhì)量以及轉(zhuǎn)換效率、并聯(lián)性能等方面都適合于大功率變換的場(chǎng)合。LCL型濾波器經(jīng)常在DC/AC變流器中使用，如光伏發(fā)電變流器、風(fēng)力發(fā)電變流器、PWM型整流器、STATCOM、APF等電力電子設(shè)備。

當(dāng)前常用的方法比如傳統(tǒng)的L型濾波器，往往存在較大的濾波電感值，不能夠減小蓄電池充放電電流紋波，對(duì)延長(zhǎng)蓄電池壽命作用不大；在電容上串聯(lián)電阻，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性，但阻尼電阻會(huì)消耗能量；采用了加入電容電流反饋控制，而在實(shí)際應(yīng)用中電容電壓的檢測(cè)要易于電容電流的檢測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服傳統(tǒng)L型濾波器，濾波電感值較大，蓄電池充放電電流紋波較大的難題，本發(fā)明提出一種基于LCL濾波器的雙向DCDC變換器。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是。

將LCL型濾波器引入到Buck/Boost雙向變換器中，降低了L型濾波器的體積，并減少了充放電的紋波電流對(duì)蓄電池壽命的影響。提出了一種電容電壓內(nèi)環(huán)反饋控制方法，引入電容電壓微分控制環(huán)節(jié)，可以增加系統(tǒng)阻尼，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

基于LCL濾波器的雙向DCDC變換器包括：主回路、LCL濾波器和控制系統(tǒng)三個(gè)部分組成。

所述主回路是由兩個(gè)IGBT開(kāi)關(guān)管組成的半橋電路，直流母線通過(guò)并聯(lián)濾波電容后，連接兩個(gè)IGBT開(kāi)關(guān)管，IGBT開(kāi)關(guān)管輸出連接LCL濾波電路。

所述LCL濾波器是由兩個(gè)濾波電感和一個(gè)濾波電容組成，三個(gè)濾波器件以T型方式連接，一側(cè)與蓄電池連接，另一側(cè)連接IGBT開(kāi)關(guān)管。

所述控制系統(tǒng)采用一種電容電壓內(nèi)環(huán)反饋控制方法，引入電容電壓微分控制環(huán)節(jié)，可以增加系統(tǒng)阻尼，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

本發(fā)明的有益效果是：提出了電容電壓微分反饋控制，并對(duì)應(yīng)用在DC/DC變換器的LCL濾波器的參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。相比于傳統(tǒng)的L型濾波器，可以大大減小濾波電感值，減小蓄電池充放電電流紋波，延長(zhǎng)蓄電池壽命，并且控制策略能夠抑制諧振尖峰增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性。

附圖說(shuō)明

圖1蓄電池經(jīng)LCL濾波器接入DC/DC變換器主電路

圖2濾波電容電壓微分反饋控制圖

具體實(shí)施方案

圖1中，U_dc為直流側(cè)電壓，C_dc為直流側(cè)濾波電容，L₁、L₂和C為L(zhǎng)CL濾波器，U_bat為蓄電池電壓。

蓄電池端電壓為200V，直流側(cè)電壓為800V，蓄電池的充放電模式采用恒 流控制，最大充放電電流為50A。在開(kāi)關(guān)頻率為10kHz時(shí)，流過(guò)L₁電流的紋波電流值為25A。選取C＝80μF。如果采用L濾波器，為得到相同大小的電流紋波，則所需的電感值為2.1mH，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于LCL濾波器中L₁和L₂電感值的總和。因此，采用LCL濾波器可以減小裝置所占體積，從而提高功率密度。其它參數(shù)有L₁＝0.2mH，L₂＝0.05mH。

電容電壓易于電容電流的測(cè)量，因此提出了電容電壓微分反饋環(huán)節(jié)，可以增大系統(tǒng)阻尼，從而達(dá)到抑制諧振的目的。通過(guò)PI控制器實(shí)現(xiàn)反饋校正，校正后得到的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)。引入電容電壓微分反饋控制后，諧振尖峰得到了很好地抑制。其傳遞函數(shù)為公式1所示。根據(jù)該傳遞函數(shù)，即可得到濾波電容電壓微分反饋控制方法，其中k_p＝5、k_i＝500、k＝20。

圖2中，通過(guò)反饋量i₂和電流給定值i_2ref相減后乘以傳遞函數(shù)，得到A(s)，再將該參數(shù)與反饋量U_c乘以系數(shù)后相減，乘以k_pwm即可得到開(kāi)關(guān)管電壓u₂，再乘以傳遞函數(shù)即可得到電感L₁的電流i₁。該量與反饋率i₂相減得乘以傳遞函數(shù)后，得到u_c，再乘以傳遞函數(shù)即可得到i₂。