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能系統的充放電控制策略。在Matlab/Simulink仿真環境下，對不同充放電切換控制下的鉛酸電池儲能系統的運行特性進行了仿真，驗證了雙有源橋DC/DC變換器的拓撲結構和控制策略的正確性。

【關鍵詞】鉛酸電池；充放電；雙向全橋DC/DC；工作模式

0 引言

隨著科技的進步，用戶對電源系統提供的供電質量、穩定性、效率明顯提高，而不間斷電源（uninterruptible power supply，UPS）的不斷發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變換器代替傳統兩單向鉛酸蓄電池進行充放電，它能夠在保持變換器兩端電壓極性不變的情況下實現能量的雙向流動，相對傳統的單向DC/DC變換器節省了器件數目，減小了變換器的體積，提高了系統傳輸效率。因此，采用雙有源橋DC/DC變換器對鉛酸蓄電池進行充放電管理具有明顯的優勢，在UPS中得到越來越廣泛的應用。

1 雙有源橋DC/DC變換器結構

典型的雙有源橋 DC/DC 變換器的拓撲結構如圖1所示。

圖中，高頻變壓器T的使用可以隔離電網側異常影響到鉛酸電池，提高系統運行的可靠性，雙重移相算法控制兩端共8個MOS通/斷，使鉛酸電池在充放電時電壓、電流穩定，下面重點研究功率從Vdc到鉛酸電池側系統運行的情況。

2 雙有源橋DC/DC模塊控制策略

雙極式UPS系統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，控制電池端的的電壓和電流進行充電；鉛酸蓄電池供電模式下，控制直流母線的電壓不變，鉛酸蓄電池對負載提供電能；鉛酸蓄電池饋電模式下，對電池電流進行控制，把鉛酸電池組的能量反饋到電網中。

3 仿真分析

為驗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，其他系統參數為：變壓器變比n=5：1；Vdc=400V；開關頻率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。

一開始變換器以穩定的10A電流對鉛酸蓄電池進行充電，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 結論

應用雙重移相控制的雙有源橋DC/DC變換器對鉛酸蓄電池采用二階段充電法。仿真結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，提高了系統的功率因數，證明了本文提出的控制策略的正確性。

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