基于宽禁带元件的电池储能用双向直流变换器

2022-03-21何国锋李小敏董燕飞司文杰

可再生能源 2022年3期

何国锋，李小敏，董燕飞，司文杰

（河南城建学院电气与控制工程学院，河南平顶山 467036）

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为实现“碳达峰，碳中和”目标，我国的能源结构正向绿色低碳方向发展[1]。光伏、风电等可再生能源作为重要的绿色低碳能源，在我国的一次能源占比中正在逐年增高，可再生能源渗透率的大幅提升对电网稳定和电能质量造成的影响愈加明显。因此，为了保证微电网电能质量，可再生能源系统必须配备储能装置，电池储能系统成为可再生能源质量和效率提升的关键保证[2]～[11]。

低压模块分散接入式储能系统可避免电池模块短板效应，具有冗余性好、电池损耗少、安全性高等优势，其结构如图1所示。

图1 光伏系统电池模块分散接入式储能系统结构Fig.1 Energy storage system constructed by decentralized battery modules in PV system

图中，双向直流变换器控制功率的双向流动，实现电压宽范围的调节，确保电池组在系统中正常执行储能功能。对其拓扑结构、功率密度、功率转换效率以及调制策略进行改进成为研究热点。

随着宽禁带半导体材料的应用与发展，以GaN作为材料的开关管具有更低的驱动损耗、更快的开关速度与零反向恢复特性[12]，将其应用于高频变换器的设计可以改善变换器的效率与功率密度。本文在基本的双有源桥型直流变换器（Dual Active Bridge，DAB）拓扑基础上，结合GaN器件，设计应用于低压储能系统的500 kHz高频变换器。对变换器的参数、GaN驱动电路以及高频PCB线路布局进行设计，并对样机进行实验测试。