基于蓄電池儲(chǔ)能雙向DC-DC變換器的控制策略研究目錄TOC\o"1-3"\h\u7263基于蓄電池儲(chǔ)能雙向DC-DC變換器的控制策略研究 125233第一章緒論 253711.1摘要 215831.2Abstract 248431.3課題研究的背景和意義 378381.4雙向DC/DC變換器研究現(xiàn)狀 3115171.5本文的主要內(nèi)容 422504第二章主電路的設(shè)計(jì)及其參數(shù)的選取 5219502.1雙向DC/DC變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 577842.2雙向DC/DC變換器的工作原理 510482.2.1Buck變換器 5167532.2.2Boost變換器 6113282.2.3Buck/Boost變換器 78672.3雙向DC/DC變換器工作模式的分析 7284992.4變換器主電路參數(shù)的選取 8302522.4.1濾波電感的確定 9260082.4.2直流母線側(cè)濾波電容C1的確定 980942.4.3蓄電池側(cè)濾波電容C2的設(shè)計(jì) 10235812.5數(shù)學(xué)模型的建立 117323第三章雙向DC/DC變換器控制策略及其參數(shù)的確定 1361763.1雙向DC/DC變換器的控制原理 13209333.2雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 13139953.2.1電流環(huán)的設(shè)計(jì) 13202593.2.2電壓環(huán)的設(shè)計(jì) 1431278第四章系統(tǒng)仿真研究 16322294.1仿真模型 16321684.2電壓電流雙閉環(huán)控制模塊 16208204.3雙向DC/DC變換器模塊 16169954.4仿真分析 17154074.4.1蓄電池充電模式 17297784.4.2蓄電池放電模式 19302124.4.3蓄電池充放電模式 2025228第五章結(jié)論 23緒論1.1摘要目前在直流電網(wǎng)系統(tǒng)、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)、電動(dòng)汽車、航天航空儲(chǔ)能系統(tǒng)、直流不間斷電源，通信設(shè)備等領(lǐng)域與雙向DC/DC變換器息息相關(guān)，而雙向DC/DC變換器在儲(chǔ)能系統(tǒng)中是非常關(guān)鍵的。本文是基于蓄電池儲(chǔ)能雙向DC/DC變換器的控制策略的研究。采用電壓電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，計(jì)算主電路的參數(shù)及其雙閉環(huán)系統(tǒng)中的PI參數(shù)，利用Matlab/Simulink軟件建立蓄電池充放電儲(chǔ)能系統(tǒng)，進(jìn)行仿真分析與驗(yàn)證，根據(jù)仿真出的波形進(jìn)行仿真分析，通過觀察蓄電池的電壓、電流、荷電狀態(tài)的變化，觀察直流母線電壓是否可以保持基本穩(wěn)定等仿真結(jié)果，進(jìn)一步驗(yàn)證雙向DC/DC變換器可以實(shí)現(xiàn)雙向傳輸?shù)墓δ埽⑶译妷弘娏麟p閉環(huán)可以很好的控制主電路。關(guān)鍵詞：蓄電池；雙向DC/DC變換器；雙閉環(huán)控制；充放電模式1.2AbstractCurrentlyinDCgridsystems,DCmotordrives,electricvehicles,aerospaceenergystoragesystems,DCuninterruptiblepowersupplies,communicationequipmentandotherfieldsarecloselyrelatedtothebidirectionalDC/DCconverter,whichisverycriticalinenergystoragesystems.ThispaperisastudyofthecontrolstrategybasedonabidirectionalDC/DCconverterforbatteryenergystorage.Thevoltageandcurrentdoubleclosed-loopcontrolsystemisusedtocalculatetheparametersofthemaincircuitanditsPIparametersinthedoubleclosed-loopsystem,andthebatterycharginganddischargingenergystoragesystemisestablishedusingMatlab/Simulinksoftwaretocarryoutsimulationanalysisandverification.ThesimulationresultsfurtherverifythatthebidirectionalDC/DCconvertercanrealizethefunctionofbidirectionaltransmission,andthevoltageandcurrentdoubleclosedloopcancontrolthemaincircuitverywell.Keywords:battery;bidirectionalDC/DCconverter;doubleclosed-loopcontrol;charge/dischargemode1.3課題研究的背景和意義眾所周知，人類文明的發(fā)展離不開能源，尤其是在隨著現(xiàn)代社會(huì)的不斷發(fā)展進(jìn)步，能源更是擔(dān)任著極其重要的角色，但一些能源畢竟是有限的。對(duì)于不可再生能源而言，我們?nèi)祟惒粩嗍褂?，不斷消耗變得越來越少，并且過度的使用對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，也會(huì)對(duì)人類社會(huì)造成影響目前使用的主要能源仍然是不可再生能源，但隨著世界各國(guó)環(huán)境與資源匱乏的問題，很多國(guó)家也深刻意識(shí)到環(huán)境的重要性，不能本末倒置，因此目前有很多國(guó)家已經(jīng)開始發(fā)展和研究可再生能源，例如風(fēng)能、太陽能、核能、潮汐能等資源。但是它們卻并不能很好地控制，很容易受到外界影響，從而對(duì)于一些工廠的設(shè)備有所損害以及對(duì)整個(gè)系統(tǒng)輸出的電流、電壓或功率造成影響。因此，為了解決供電系統(tǒng)的需求和電力供應(yīng)之間的矛盾，就需要充分利用一種儲(chǔ)能設(shè)備來維持其在供電系統(tǒng)中的穩(wěn)定和正常運(yùn)行，此外在直流不間斷電源、新能源汽車、可再生能源發(fā)電等系統(tǒng)中，儲(chǔ)能也是不可缺少的一部分，發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。目前，經(jīng)?？吹绞褂玫氖浅樗钅?、化學(xué)電池儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能等多種儲(chǔ)能技術(shù)。儲(chǔ)能技術(shù)作用是為了保證整體系統(tǒng)的正常運(yùn)行，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，補(bǔ)償負(fù)荷波動(dòng)并且在很大程度上減少對(duì)能源的浪費(fèi)，也同樣可以減少一定的成本。因此儲(chǔ)能技術(shù)具有很大的發(fā)展空間和很好的應(yīng)用前景，而雙向DC/DC變換器正是儲(chǔ)能系統(tǒng)中重要組成之一，利用雙向DC/DC變換器、雙閉環(huán)控制器、PWM調(diào)制環(huán)節(jié)等部分可以實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，而雙向DC/DC變換器在儲(chǔ)能系統(tǒng)中是非常關(guān)鍵的，因此研究雙向DC/DC變換器具有深遠(yuǎn)意義。1.4雙向DC/DC變換器研究現(xiàn)狀目前直流電網(wǎng)系統(tǒng)、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)、電動(dòng)汽車、航天航空儲(chǔ)能系統(tǒng)、直流不間斷電源，通信設(shè)備等領(lǐng)域與雙向DC/DC變換器息息相關(guān)。許多專家和學(xué)者為了充分滿足在實(shí)踐中應(yīng)用的要求，也在不斷創(chuàng)新，不斷改進(jìn)DC/DC變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使其效率更快體積更小功率更高。近年來，隨著信息科技的進(jìn)一步發(fā)展和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的需求，高頻化變換器技術(shù)已然逐漸成為雙向DC/DC高頻變換器重要研究領(lǐng)域和方向。我國(guó)目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用的新技術(shù)主要包括DC/DC軟開關(guān)技術(shù)，DC/DC高頻磁技術(shù)，VRM技術(shù)。由此我們可以清楚地看出新型DC/DC變換器的技術(shù)在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)向系統(tǒng)集成和多相化兩個(gè)方面進(jìn)行了發(fā)展REF_Ref21582\r\h[1]。對(duì)于儲(chǔ)能系統(tǒng)而言，合理有效的控制策略是不可或缺的，目前DC/DC變換器的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法主要包括單環(huán)控制的方法和雙閉環(huán)控制兩種方法，單環(huán)控制系統(tǒng)如電壓式單環(huán)控制，系統(tǒng)組成簡(jiǎn)單，控制比較容易但沒有很好的抗干擾能力，雙閉環(huán)控制系統(tǒng)如電壓電流雙閉環(huán)控制方法，目前該種方法在實(shí)際上應(yīng)用較多，利用電壓電流雙閉環(huán)控制可以防止過電流，穩(wěn)定輸出電壓，反饋電路增強(qiáng)抗干擾能力，并且可以很好的改善系統(tǒng)的瞬態(tài)特性，可以穩(wěn)定直流母線輸出電壓的穩(wěn)定，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。隨著時(shí)間的推移，科技不斷發(fā)展進(jìn)步，未來還會(huì)出現(xiàn)更多的新型技術(shù)應(yīng)用到航空航天，人造衛(wèi)星，電動(dòng)汽車，電子科技等方面。1.5本文的主要內(nèi)容本文將研究基于蓄電池儲(chǔ)能雙向DC/DC變換器的控制策略其工作內(nèi)容：（1）緒論。主要講述儲(chǔ)能技術(shù)和蓄電池儲(chǔ)能的研究背景和意義。以及目前的研究現(xiàn)狀，并介紹此次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。（2）主電路的設(shè)計(jì)及其參數(shù)的選取。主要選取此次設(shè)計(jì)的DC/DC變換器類型，并詳細(xì)分析其工作原理和運(yùn)行模式，計(jì)算主電路的參數(shù)，然后運(yùn)用狀態(tài)空間法構(gòu)建Buck電路的數(shù)學(xué)模型，得到傳遞函數(shù)以便后續(xù)計(jì)算雙閉環(huán)控制系統(tǒng)中PI參數(shù)。（3）控制策略以及參數(shù)的確定。通過雙閉環(huán)控制方框圖敘述其工作原理，設(shè)計(jì)電壓環(huán)和電流環(huán)，根據(jù)Buck電路數(shù)學(xué)模型的傳遞函數(shù)和主電路參數(shù)計(jì)算PI參數(shù)和限幅值。（4）系統(tǒng)仿真研究，根據(jù)變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與數(shù)學(xué)模型搭建系統(tǒng)仿真模型，其中包括主電路模型，雙閉環(huán)控制模型，PWM調(diào)節(jié)模型，觀察仿真結(jié)果，驗(yàn)證是否可以實(shí)現(xiàn)能量的雙向傳輸，以此判斷雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的合理性和準(zhǔn)確性。（5）針對(duì)此次設(shè)計(jì)進(jìn)行總結(jié)，敘述工作成果，并認(rèn)識(shí)到自己的不足和對(duì)以后研究方向的展望。

主電路的設(shè)計(jì)及其參數(shù)的選取2.1雙向DC/DC變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)雙向DC/DC變換器根據(jù)有變壓器，而被劃分成隔離型和非隔離型兩種類型的變換器。的輸入與輸出是分開的，而所雙向DC/DC變換器根據(jù)輸入輸出之間是否有變壓器進(jìn)行隔離而分為隔離式和非隔離式變換器。隔離型變換器對(duì)地絕緣，保證安全。隔離式變換器主要的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有正激、反激、半橋、全橋型等。非隔離式變換器用于組建的供電系統(tǒng)中，具有工作效率高，可靠性好，體積小，電路簡(jiǎn)單等諸多優(yōu)點(diǎn)，并且廣泛應(yīng)用于IT設(shè)備，科研，電力電子等領(lǐng)域。非隔離式變換器的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)大致分為雙向Buck/Boost變換器、雙向半橋變換器、雙向Cuk變換器，雙向Sepic變換器。這四種類型變換器的一個(gè)共同特點(diǎn)就是開關(guān)管Q1和Q2不能同時(shí)被導(dǎo)通。因此采用雙向Buck/Boost變換器應(yīng)用到基于蓄電池的儲(chǔ)能系統(tǒng)中。本文選用雙向Buck/Boost變換器，使用（IGBT或MOSFET）作為開關(guān)元件，該變換器輸入輸出的極性相反，通過控制控制信號(hào)的占空比來實(shí)現(xiàn)能量的雙向傳輸。如圖2-1所示：圖2-1雙向Buck/Boost變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)2.2雙向DC/DC變換器的工作原理2.2.1Buck變換器Buck電路在特定的場(chǎng)合也稱為step-down電路，電路的輸出電壓V0小于輸入電壓Vin，這里指的是直流母線端電壓高于蓄電池側(cè)端電壓，因此也稱為降壓式變換電路，從而使儲(chǔ)能電路工作在充電模式。如圖2-3所示：圖2-3Buck變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖2-3中，Q為IGBT管；Q=1時(shí)，開關(guān)導(dǎo)通，時(shí)間為ton，此時(shí)V0=Vi；Q=0時(shí)，開關(guān)關(guān)斷，時(shí)間為toff，此時(shí)V0=0。設(shè)占空比為D，開關(guān)Q的動(dòng)作周期為T。輸出電流平均值: （2-1）輸出電壓： （2-2）為了使輸出電壓曲線更加平滑，需在輸出電壓側(cè)并聯(lián)電容，同樣為了防止電流突變，需要在電路中串聯(lián)電感。當(dāng)開關(guān)Q導(dǎo)通時(shí)，輸入電源通過電感將能量傳送到電容及其負(fù)載中，當(dāng)開關(guān)Q關(guān)斷時(shí)，電感需要釋放能量，此時(shí)電路通過二極管續(xù)流提供給電感一個(gè)續(xù)流通道。2.2.2Boost變換器Boost電路同樣也是一種DC/DC轉(zhuǎn)換器又稱為升壓斬波器，其輸出電壓平均值V0總是大于輸入電壓Vin，這里指的是直流母線端電壓低于蓄電池側(cè)端電壓，從而使儲(chǔ)能電路工作在放電模式。如圖2-4所示:圖2-4Boost變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Boost電路中Q為IGBT管，Q=1時(shí)，t=ton，此時(shí)I0=0；Q=0時(shí)，t=toff，此時(shí)I0=Ii。設(shè)占空比為D，IGBT管Q的動(dòng)作周期為T。輸出電壓平均值: （2-3）輸出電壓： （2-4）由于0＜D＜1，因此從式（2-4）可得V0≥Vin。圖2-4中電容是為了防止電壓波動(dòng)過大，具有穩(wěn)壓的作用，而為了防止電容短路，使用功率半導(dǎo)體器件IGBT/MOSFET與二極管相并聯(lián)。當(dāng)開關(guān)管Q導(dǎo)通時(shí)，電源向電感和電容充電，因?yàn)殡姼惺莾?chǔ)能性的元件，可以儲(chǔ)存能量，隨著電感儲(chǔ)存能量電感電流趨于線性化，續(xù)流二極管截止，電容為負(fù)載電壓提供能量維持負(fù)載正常工作。當(dāng)開關(guān)管Q關(guān)斷時(shí)，電感和電容同時(shí)通過二極管為負(fù)載提供能量。因此V0大于Vin，從而達(dá)到了升壓的效果。2.2.3Buck/Boost變換器Buck/Boost變換器的輸出電壓平均值可以大于或小于輸入電壓，輸入輸出極性相反，通過觀察拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)二極管與Buck電路和Boost電路相反REF_Ref25451\r\h[2]。當(dāng)開關(guān)管Q導(dǎo)通時(shí)，由于二極管反偏截止，輸入電壓向電感和電容提供能量，當(dāng)開關(guān)管Q關(guān)斷時(shí)，感性電動(dòng)勢(shì)大于輸出電壓，二極管D導(dǎo)通，此時(shí)電感通過續(xù)流二極管向負(fù)載和電容提供能量，使輸入輸出電壓極性相反。圖2-5Buck/Boost變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)輸出電壓： （2-5）D為占空比，0<D<1。當(dāng)0<D<0.5時(shí)，Vin＞V0電路處于降壓模式，當(dāng)0.5<D<1，Vin＜V0處于升壓模式。2.3雙向DC/DC變換器工作模式的分析雙向DC/DC變換器工作模式分為充電模式和放電模式REF_Ref25333\r\h[3]。如下圖2-6所示：(a)變換器處于充電模式，說明直流母線側(cè)有過剩的能量，能量流向蓄電池端，為蓄電池充電。此時(shí)Q1導(dǎo)通，Q2關(guān)斷。(b)變換器處于放電模式，說明直流母線側(cè)的能量不足，需要蓄電池端進(jìn)行放電，能量流向直流母線側(cè)，保證了直流母線端輸出電壓的穩(wěn)定，此時(shí)Q1關(guān)斷，Q2導(dǎo)通。（a）（b）圖2-6雙向DC/DC變換器工作模式圖（a）蓄電池充電模式（b）蓄電池放電模式100802.4變換器主電路參數(shù)的選取根據(jù)蓄電池的特性，本文設(shè)計(jì)的充放電模式通過脈沖信號(hào)以及雙閉環(huán)電流電壓控制系統(tǒng)控制蓄電池實(shí)現(xiàn)充放電功能REF_Ref25503\r\h[4]。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的一些參數(shù)與性能指標(biāo)如表2-1所示:表2-1雙向Buck/Boost變換器的參數(shù)指標(biāo)模式輸入電壓輸出電壓輸出電流輸出電壓紋波系數(shù)輸出電流紋波系數(shù)負(fù)載Buck60V48V20An=0.5%額定輸出電壓m=0.5%額定輸出電流蓄電池組Boost36V48V-20An=0.5%額定輸出電壓1%額定輸出電流電阻1Ω開關(guān)頻率fs：10kHz蓄電池內(nèi)阻r：0.2Ω208292.4.1濾波電感的確定濾波電感的作用是濾掉電路中一些特定頻率的波形，并且可以提高抗干擾的能力，濾波電感的大小在一定程度上影響著系統(tǒng)的響應(yīng)速度。而在儲(chǔ)能系統(tǒng)中，由于紋波參數(shù)隨著濾波電感參數(shù)的增加而逐漸增大，因此我們需要注意保證濾波電感參數(shù)的大小不能超過額定輸入電流I0的10%。圖2-7濾波電感L中的電流波形圖開關(guān)管Q導(dǎo)通時(shí)，根據(jù)電感的特性可得： （2-6） 最終經(jīng)過變換可得： （2-7） 式（2-7）中I0為額定輸出負(fù)載電流，fs為開關(guān)頻率，代入數(shù)據(jù)得電感L≥0.265mH，這里選擇電感L=0.27mH。2.4.2直流母線側(cè)濾波電容C1的確定濾波電容C1即直流母線端濾波電容，其作用是得到穩(wěn)定的直流母線電壓，獲得平滑的輸出電壓波形，其工作原理是輸入電壓高于電容兩側(cè)的電壓即直流母線電壓時(shí)電容C1充電，當(dāng)直流母線側(cè)電容C1高于輸入電壓C1放電，濾波電容C1與紋波系數(shù)相關(guān)，由于需要控制紋波系數(shù)在5%以內(nèi)，因此需要選擇合適大小的濾波電容REF_Ref25591\r\h[5]。此外輸入電壓U2為定值，輸出電壓U1為變量，其變化區(qū)間為[Umin，Umax]，其中該設(shè)計(jì)設(shè)置Umin=36V，Umax=60V。輸出電流: （2-8） 輸入電容電流: （2-9）紋波電流： （2-10） （2-11）由于處于恒壓模式，輸出電壓不變，則紋波電流的峰值： （2-12） （2-13）此外還需滿足： （2-14） 綜上所述帶入?yún)?shù)求出QUOTETT=6.3*10-5s，QUOTE?iLfmax?iLfmax=1.54A，C1=1546QUOTEμFμF。這里選擇電容C1=2500QUOTEμFμF。2.4.3蓄電池側(cè)濾波電容C2的設(shè)計(jì)電容C2并聯(lián)于儲(chǔ)能電路中蓄電池兩側(cè)，進(jìn)行濾波和儲(chǔ)能REF_Ref25653\r\h[7]。當(dāng)蓄電池端電壓高于直流母線側(cè)電壓即系統(tǒng)處于放電模式，由Boost電路的工作原理求得式(2-15)和(2-16)，式中ILb為平均電感負(fù)載的電流，Iob為平均輸入負(fù)載的電流。 （2-15） （2-16） （2-17）Boost模式下，U1=28V，QUOTEILbILb=20A，QUOTE?U?U=12V，將這些已知參數(shù)代入式（2-17）中，得C2=2.33*10-5F，這里取C2=30μF。2.5數(shù)學(xué)模型的建立充分理解Buck電路的工作原理并運(yùn)用狀態(tài)空間法構(gòu)建Buck電路數(shù)學(xué)模型，列寫狀態(tài)方程和輸入方程得到傳遞函數(shù)以便后續(xù)計(jì)算雙閉環(huán)控制系統(tǒng)中PI參數(shù)。使系統(tǒng)的響應(yīng)速度變快，抗干擾能力也隨之增強(qiáng)，保證輸出電壓的穩(wěn)定REF_Ref25728\r\h[8]。根據(jù)圖2-3所示，當(dāng)Q導(dǎo)通時(shí)，其狀態(tài)方程為： （2-18）輸出方程為： （2-19）列寫為矩陣形式： （2-20）當(dāng)Q關(guān)斷時(shí)，其狀態(tài)方程為： （2-21）輸出方程為： （2-22）列寫為矩陣形式： （2-23）電池側(cè)電容電壓VC（s）對(duì)占空比d（s）的傳遞函數(shù)Gvcd（s）為： （2-24）電感電流IL（s）對(duì)占空比d（s）的傳遞函數(shù)Gild（s）為： （2-25）Boost電路小信號(hào)模型與其相似，這里不再敘述。

第三章雙向DC/DC變換器控制策略及其參數(shù)的確定44623.1雙向DC/DC變換器的控制原理電壓?jiǎn)苇h(huán)控制方法易于設(shè)計(jì)和分析，但響應(yīng)速度慢，無限流。而電流環(huán)可以增強(qiáng)電路穩(wěn)定性、提高響應(yīng)速度，同時(shí)能消除單獨(dú)電壓模式下產(chǎn)生的低頻波，有限制過電流的能力REF_Ref25816\r\h[12]。因此需要雙環(huán)進(jìn)行控制儲(chǔ)能系統(tǒng)，調(diào)節(jié)電路。這樣不但可以保持電壓環(huán)和電流環(huán)的優(yōu)點(diǎn)也可以彌補(bǔ)不足之處。綜上所訴，雙閉環(huán)控制蓄電池充放電框圖如圖3-1所示：圖3-1雙閉環(huán)控制蓄電池充放電框圖電壓外環(huán)：采集蓄電池的實(shí)際電壓Vb與蓄電池的參考電壓Vb-ref比較，得到的差值經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器和電流限幅環(huán)節(jié)得到參考電流Icv-ref。電流內(nèi)環(huán)：將參考電流Icv-ref與采集的實(shí)際電流Ib進(jìn)行比較，得到的差值經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器和占空比限幅環(huán)節(jié)后進(jìn)入PWM調(diào)制環(huán)節(jié)，形成控制信號(hào)。這里巧妙的利用了一個(gè)邏輯環(huán)節(jié)，使得電路更加容易簡(jiǎn)便從而輸出Q1或者Q2，最后利用輸出的結(jié)果控制雙向DC/DC變換器中的功率半導(dǎo)體管的導(dǎo)通和關(guān)斷，來使電路在Buck電路和Boost電路進(jìn)行切換，從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)蓄電池的充放電功能。3.2雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)電壓電流雙閉環(huán)控制器結(jié)構(gòu)主要關(guān)鍵在于電壓環(huán)PI的輸出作為電流環(huán)PI給定，通過求出傳遞函數(shù)來計(jì)算相角裕度和穿越頻率等關(guān)系求出電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)的PI參數(shù)，如圖3-2所示：圖3-2儲(chǔ)能系統(tǒng)傳遞函數(shù)方框圖3.2.1電流環(huán)的設(shè)計(jì)電路內(nèi)環(huán)PI控制器的傳遞函數(shù)： （3-1）電流環(huán)的截止頻率設(shè)計(jì)為開關(guān)頻率的1/10，即KPWM=1kHz。 （3-2）其中Gid（s）為： （3-3）加入G1（s）后系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為： （3-4）因?yàn)殚_關(guān)頻率為1kHz，為了使超調(diào)量在合理的范圍內(nèi)，通常會(huì)增加相位裕度，當(dāng)控制器加入電流內(nèi)環(huán)時(shí)得到： （3-5）代入?yún)?shù)得到： （3-6）3.2.2電壓環(huán)的設(shè)計(jì)電壓環(huán)控制器： （3-7）電容電壓對(duì)電感電流的傳遞函數(shù)： （3-8）電壓外環(huán)的截止頻率： （3-9）當(dāng)添加Gv（s）后的開環(huán)傳遞函數(shù)為： （3-10）電壓環(huán)的截止頻率為50Hz，為了減小超調(diào)量，使其在合理的范圍內(nèi)，需要選擇較高的相位裕度： （3-11）根據(jù)上述式子化簡(jiǎn)所得電壓外環(huán)PI參數(shù)為： （3-12）本章雙閉環(huán)控制蓄電池充放電框圖充分掌握雙閉環(huán)控制的原理，以及第二章建立Buck電路的數(shù)學(xué)模型得到傳遞函數(shù)，根據(jù)列寫閉環(huán)傳遞函數(shù)和指標(biāo)要求選擇合適的相位裕度從而計(jì)算得出電壓外環(huán)的PI參數(shù)和電流內(nèi)環(huán)的PI參數(shù)。由上式可得電壓外環(huán)的比例系數(shù)Kvp為2，積分系數(shù)Kvi為50；電流內(nèi)環(huán)的比例系數(shù)Kip為0.025，Kii為25。

第四章系統(tǒng)仿真研究784.1仿真模型此設(shè)計(jì)利用Matlab/Simulink模塊中搭建儲(chǔ)能系統(tǒng)的仿真模型，如圖4-1所示：圖4-1仿真模型4.2電壓電流雙閉環(huán)控制模塊雙閉環(huán)控制模塊中利用電壓環(huán)來保證輸出電壓的穩(wěn)定，利用電流環(huán)防止過電流，把兩者的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來形成雙閉環(huán)控制。再利用PWM調(diào)制模塊與一個(gè)邏輯環(huán)節(jié)來控制輸出Buck/Boost模式，根據(jù)上述的理論，搭建了雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的仿真模型如圖4-2所示：圖4-2雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的仿真模型4.3雙向DC/DC變換器模塊通過脈沖信號(hào)來控制輸入電壓的大小，本文設(shè)置的參數(shù)為[Umin，Umax]，其中Umin=36V，Umax=60V，與直流母線電壓48V進(jìn)行比較，然后通過電壓電流雙閉環(huán)的控制方法來進(jìn)行控制使其控制兩個(gè)IGBT管，來達(dá)到充放電的效果，如圖4-3所示：圖4-3雙向DC/DC變換器仿真模型4.4仿真分析通過蓄電池荷電狀態(tài)可以直觀的反映蓄電池的工作狀態(tài)，此外規(guī)定從蓄電池端流向直流母線端的電流方向?yàn)檎?，通過蓄電池輸出電流的方向以及蓄電池的電壓的變化進(jìn)一步驗(yàn)證，觀察直流母線電壓是否保持穩(wěn)定可以判斷電壓電流雙閉環(huán)控制的方法是否可以達(dá)到預(yù)期效果。其主電路參數(shù)如4-1表所示:表4-1雙向Buck/Boost變換器的參數(shù)模式脈沖調(diào)制信號(hào)輸入端電壓蓄電池電流蓄電池側(cè)電壓直流母線側(cè)輸出電壓直流母線側(cè)電容C1蓄電池側(cè)電容C2濾波電感LBuck60V20A28V48V2500μF30μF0.265mHBoost36V-20A4.4.1蓄電池充電模式此時(shí)蓄電池正處于充電模式（Buck模式），仿真時(shí)間為5s，初始荷電狀態(tài)設(shè)置為45%，脈沖調(diào)制信號(hào)輸入電壓為60V，高于蓄電池端電壓28V，仿真結(jié)果如圖4-4所示：（a）（b）（c）（d）圖4-4蓄電池充電狀態(tài)（a）荷電狀態(tài)（b）蓄電池電流波形（c）蓄電池電壓波形（d）直流母線電壓波形根據(jù)圖中波形可以看出此時(shí)蓄電池正處于充電狀態(tài)，直流母線電壓端過剩的能量流向蓄電池端，達(dá)到儲(chǔ)存能量的作用。蓄電池的荷電位會(huì)從初始值45%開始上升，輸出電流為流經(jīng)蓄電池的電流方向從直流母線端到蓄電池端，這里規(guī)定從蓄電池端流向直流母線端的電流方向?yàn)檎?，因此此時(shí)電流方向?yàn)樨?fù)，從圖中可以觀察出蓄電池電流I0為-20A，蓄電池電壓Vb為30.34V，直流母線端電壓Vdc為48V。4.4.2蓄電池放電模式此時(shí)蓄電池正處于放電模式（Boost模式），利用脈沖信號(hào)使輸入端電壓為36V，蓄電池電壓為28V，蓄電池的初始荷電位設(shè)置為45%，仿真時(shí)間為5S，仿真結(jié)果如圖4-5所示：（a）（b）（c）（d）圖4-5蓄電池放電狀態(tài)（a）荷電狀態(tài)（b）蓄電池電流波形（c）蓄電池電壓波形（d）直流母線電壓波形根據(jù)圖中波形可以看