雙向DC/DC變換電路在儲能中的應用

高昕　郁恒恒

【摘 要】本文講述了雙向DC/DC變換電路在儲能中的應用，并對其原理與典型拓撲結構做了簡要的分析，在Matlab/Simulink中搭建模型，并在開環條件下對其仿真。

【關鍵詞】雙向DC/DC；儲能；仿真

0 前言

由于風能、太陽能等在發電過程中的不穩定性以及能流密度等問題，這種新能源直接接到電網中會降低電力系統的穩定運行[1]。為了解決這一問題，越來越多的儲能系統加入到電網中，改善電網穩定和電能質量。而雙向DC/DC變換電路是能量轉換的關鍵環節，對其分析具有重要意義。

1 雙向DC/DC變換器原理

儲能系統要在充電和放電模式下都能正常工作，所以其電路要具備能量雙向流動的能力。根據要求，控制變換器功率流動的方向。如圖1，在需要正向工作時，變換器功率由Vhigh流向Vlow，在需要反向工作時，功率由Vlow流向Vhigh，這樣就實現了功率雙向流動。

2 變換器的拓撲結構

從結構上來看，DC/DC變換電路可以分為隔離型與非隔離型。兩者的主要區別就是有沒有實現電氣隔離，通常用高頻變壓器來實現，因此隔離型的效率變低。而非隔離型DC/DC變換電路沒有加入變壓器，所以其效率比隔離型的要高。因此在儲能中使用較多的是相對效率更高的非隔離型。如圖1，是種比較經典的非隔離型雙向Buck/Boost變換電路，在儲能中被廣泛使用[3]。

圖1 雙向DC/DC變換器拓撲結構

可以看出該變換器可工作在升壓與降壓兩種不同的方式，當其工作在降壓狀態下時，開關元件T1導通，電流的流通方向為經過T1，電感L流向低壓側，同時電感L儲能；在T1關斷后，L上的電流維持不變，并與D2形成續流回路，電感釋放能量。在此過程中，電能由Vhigh一側傳遞到Vlow一側，系統工作在充電模式。

在系統工作在升壓狀態時，開關元件T2導通，電感L存儲能量；當T2關斷時，L中電流維持不變，與D1形成續流回路，電感中的電能得以釋放。能量由Vlow側傳遞到Vhigh側，系統工作在放電模式。

2 變換器的仿真

結合上述原理在Matlab/Simulink中建立變換電路的仿真模型，其參數為：輸入Udc=100V，L=1mH，C=100uf，R=50Ω。

經過仿真可以得到降壓模式下開環控制時的波形，如圖2，輸出直流70V。

圖2 降壓模式輸出電壓波形

同理，可以得到在升壓下的輸出電壓為直流200V。

3 總結

本文講述了雙向DC/DC變換電路在儲能中的簡單應用，分析其基本原理與結構，并在Matlab中對其仿真。

【參考文獻】

[1]張文亮，邱明，來小康.儲能技術在電力系統中的應用[J].電力系統自動化，2008，32（7）：1-9.

[2]劉真.微電網儲能雙向DC-DC變換器研究與設計[D]. 武漢理工大學碩士論文，2014：6.

[3]王兆安.電力電子技術[M].北京：機械工業出版社，2009：119-124.endprint