双向DC/DC变换电路在储能中的应用

高昕　郁恒恒

【摘 要】本文讲述了双向DC/DC变换电路在储能中的应用，并对其原理与典型拓扑结构做了简要的分析，在Matlab/Simulink中搭建模型，并在开环条件下对其仿真。

【关键词】双向DC/DC；储能；仿真

0 前言

由于风能、太阳能等在发电过程中的不稳定性以及能流密度等问题，这种新能源直接接到电网中会降低电力系统的稳定运行[1]。为了解决这一问题，越来越多的储能系统加入到电网中，改善电网稳定和电能质量。而双向DC/DC变换电路是能量转换的关键环节，对其分析具有重要意義。

1 双向DC/DC变换器原理

储能系统要在充电和放电模式下都能正常工作，所以其电路要具备能量双向流动的能力。根据要求，控制变换器功率流动的方向。如图1，在需要正向工作时，变换器功率由Vhigh流向Vlow，在需要反向工作时，功率由Vlow流向Vhigh，这样就实现了功率双向流动。

2 变换器的拓扑结构

从结构上来看，DC/DC变换电路可以分为隔离型与非隔离型。两者的主要区别就是有没有实现电气隔离，通常用高频变压器来实现，因此隔离型的效率变低。而非隔离型DC/DC变换电路没有加入变压器，所以其效率比隔离型的要高。因此在储能中使用较多的是相对效率更高的非隔离型。如图1，是种比较经典的非隔离型双向Buck/Boost变换电路，在储能中被广泛使用[3]。

图1 双向DC/DC变换器拓扑结构

可以看出该变换器可工作在升压与降压两种不同的方式，当其工作在降压状态下时，开关元件T1导通，电流的流通方向为经过T1，电感L流向低压侧，同时电感L储能；在T1关断后，L上的电流维持不变，并与D2形成续流回路，电感释放能量。在此过程中，电能由Vhigh一侧传递到Vlow一侧，系统工作在充电模式。

在系统工作在升压状态时，开关元件T2导通，电感L存储能量；当T2关断时，L中电流维持不变，与D1形成续流回路，电感中的电能得以释放。能量由Vlow侧传递到Vhigh侧，系统工作在放电模式。

2 变换器的仿真

结合上述原理在Matlab/Simulink中建立变换电路的仿真模型，其参数为：输入Udc=100V，L=1mH，C=100uf，R=50Ω。

经过仿真可以得到降压模式下开环控制时的波形，如图2，输出直流70V。

图2 降压模式输出电压波形

同理，可以得到在升压下的输出电压为直流200V。

3 总结

本文讲述了双向DC/DC变换电路在储能中的简单应用，分析其基本原理与结构，并在Matlab中对其仿真。

【参考文献】

[1]张文亮，邱明，来小康.储能技术在电力系统中的应用[J].电力系统自动化，2008，32（7）：1-9.

[2]刘真.微电网储能双向DC-DC变换器研究与设计[D]. 武汉理工大学硕士论文，2014：6.

[3]王兆安.电力电子技术[M].北京：机械工业出版社，2009：119-124.endprint