[发明专利]一种基于LCL滤波器的双向DCDC变换器

说明书

技术领域

本发明涉及一种双向DCDC变换装置，尤其涉及一种基于LCL滤波器的双向DCDC变换器。

背景技术

新能源的发展顺应了日益匮乏的能源和日趋恶化的环境，新能源因为自然条件的影响，波动性和间歇性也对新能源并网的安全运行带来显著影响，储能技术可以在很大程度上解决新能源的随机性和波动性问题，而蓄电池储能系统也是目前技术最成熟的一种储能技术，现在也有大量的蓄电池储能系统在新能源、微电网中应用。

在蓄电池储能系统中，双向变流器承担蓄电池能量和DC/AC变流器能量双向输送的任务，采用L型滤波器的Buck/Boost型双向变流器在可靠性、体积和质量以及转换效率、并联性能等方面都适合于大功率变换的场合。LCL型滤波器经常在DC/AC变流器中使用，如光伏发电变流器、风力发电变流器、PWM型整流器、STATCOM、APF等电力电子设备。

当前常用的方法比如传统的L型滤波器，往往存在较大的滤波电感值，不能够减小蓄电池充放电电流纹波，对延长蓄电池寿命作用不大；在电容上串联电阻，增加系统的稳定性，但阻尼电阻会消耗能量；采用了加入电容电流反馈控制，而在实际应用中电容电压的检测要易于电容电流的检测。

发明内容

为了克服传统L型滤波器，滤波电感值较大，蓄电池充放电电流纹波较大的难题，本发明提出一种基于LCL滤波器的双向DCDC变换器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是。

将LCL型滤波器引入到Buck/Boost双向变换器中，降低了L型滤波器的体积，并减少了充放电的纹波电流对蓄电池寿命的影响。提出了一种电容电压内环反馈控制方法，引入电容电压微分控制环节，可以增加系统阻尼，提高系统的稳定性。

基于LCL滤波器的双向DCDC变换器包括：主回路、LCL滤波器和控制系统三个部分组成。

所述主回路是由两个IGBT开关管组成的半桥电路，直流母线通过并联滤波电容后，连接两个IGBT开关管，IGBT开关管输出连接LCL滤波电路。

所述LCL滤波器是由两个滤波电感和一个滤波电容组成，三个滤波器件以T型方式连接，一侧与蓄电池连接，另一侧连接IGBT开关管。

所述控制系统采用一种电容电压内环反馈控制方法，引入电容电压微分控制环节，可以增加系统阻尼，提高系统的稳定性。

本发明的有益效果是：提出了电容电压微分反馈控制，并对应用在DC/DC变换器的LCL滤波器的参数进行了设计。相比于传统的L型滤波器，可以大大减小滤波电感值，减小蓄电池充放电电流纹波，延长蓄电池寿命，并且控制策略能够抑制谐振尖峰增强系统稳定性。

附图说明

图1蓄电池经LCL滤波器接入DC/DC变换器主电路

图2滤波电容电压微分反馈控制图

具体实施方案

图1中，U_dc为直流侧电压，C_dc为直流侧滤波电容，L₁、L₂和C为LCL滤波器，U_bat为蓄电池电压。

蓄电池端电压为200V，直流侧电压为800V，蓄电池的充放电模式采用恒 流控制，最大充放电电流为50A。在开关频率为10kHz时，流过L₁电流的纹波电流值为25A。选取C＝80μF。如果采用L滤波器，为得到相同大小的电流纹波，则所需的电感值为2.1mH，远远大于LCL滤波器中L₁和L₂电感值的总和。因此，采用LCL滤波器可以减小装置所占体积，从而提高功率密度。其它参数有L₁＝0.2mH，L₂＝0.05mH。

电容电压易于电容电流的测量，因此提出了电容电压微分反馈环节，可以增大系统阻尼，从而达到抑制谐振的目的。通过PI控制器实现反馈校正，校正后得到的开环传递函数。引入电容电压微分反馈控制后，谐振尖峰得到了很好地抑制。其传递函数为公式1所示。根据该传递函数，即可得到滤波电容电压微分反馈控制方法，其中k_p＝5、k_i＝500、k＝20。

图2中，通过反馈量i₂和电流给定值i_2ref相减后乘以传递函数，得到A(s)，再将该参数与反馈量U_c乘以系数后相减，乘以k_pwm即可得到开关管电压u₂，再乘以传递函数即可得到电感L₁的电流i₁。该量与反馈率i₂相减得乘以传递函数后，得到u_c，再乘以传递函数即可得到i₂。