1 引言
    随着大容量电池储能技术的发展，化学电池电力储能系统成为解决电力系统电能供需矛盾、改善供电质量、提高电网安全和稳定性以及实现电网可持续发展的全新途径。其中双向变流器肩负着电池充电及电能回网的重任，是储能系统的关键设备之一，其输出电压电流的质量对化学电池的安全性能、使用寿命及电网的稳定运行起着至关重要的作用。
    传统大功率双向DC／DC变流器采用单相运行模式，对变流器容量、效率及输出电能质量的提高有一定限制作用。在此提出一种基于数字控制的三相交错式双向DC／DC储能变流器控制方案。该控制器采用DSP和FPGA联合控制模式，实现DC／DC变流器的三相交错运行，有效地改善了系统的工作效率和输出电能质量，减小流经各相电感的电流峰峰值及平均电流值，从而减小了开关管的电流应力。另外，三相交错DC／DC变流系统与有源逆变系统结构一致，两套系统同时基于PEBB模块构建，利于实现系统模块化结构。
    电力储能系统中蓄电池的充电方式一般有恒压限流、恒流限压、先恒流后恒压等模式。无论选用哪种模式，在充电初期及后期都存在充电电流过大或过小的问题，如果电流纹波过大则会对某些电流纹波敏感型蓄电池产生危害。当蓄电池放电时，变流器工作在Boost模式，电路中电感的充放电作用必然造成蓄电池输出电流纹波的产生。采用三相交错技术构建的变流器可以有效减小蓄电池充放电电流纹波，进而减小电流纹波对某些类型蓄电池的危害。

2 三相交错式双向DC／DC储能变流器
    在此采用以PEBB模块为基本单元的三相交错拓扑结构，如图1所示。系统采用DSP与FPGA联合控制方式，变流器电压电流信号经DSP采样形成反馈信号，与给定信号比较后经过PI运算单元得到PWM占空比，DSP产生的PWM驱动信号经FPGA移相后送至PEBB模块，驱动功率管的开断。虚线框内，PEBB模块由6个功率开关管和6个功率二极管组成，并形成三相桥臂并联连结结构。当变流器工作在单相模式时，6个功率开关管只有一个处于一定频率的开关状态，其他5个处于闲置状态：当变流器工作在三相交错模式时，Buck电路中3个上管交替导通，3个下管处于关闭状态，Boost电路中3个下管交替导通，3个上管处于关闭状态。

    该系统设定Buck模式对蓄电池充电，Boost模式蓄电池放电。如图2所示，三相交错Buck模式下，变流器对蓄电池充电，假设充电电流为恒定I，流经3个电感的平均电流分别为IL1，IL2，IL3。由于三相桥臂采用并联结构，有I=IL1+IL2+IL3，在三相电路结构完全相同的情况下，有IL1=IL2=IL3=I／3，而单相模式时相同的充电电流下iL=I。Buck模式下，电感电流纹波系数计算式为：
    
    式中：d为开关管驱动波形的占空比；fs为开关频率。
    由上述可知，三相模式下的fs与单相相同，d=D／3，电感电流为单相模式的1／3，可得ri不变，电流纹波为单相模式的1／3。因此，在相同频率及电感等运行条件下，较单相模式DC／DC变流器，三相交错模式DC／DC变流器流经电感的电流较小，且三相电流波峰互差120°，叠加后总电流纹波减小。同样，三相交错Boost模式下，蓄电池处于放电状态，放电电流等于三相电感电流之和，放电电流纹波及电感电流都比单相模式小。

    分析实验波形可得单相模式与三相模式下，双向DC／DC储能变流器的输入输出电压电流峰峰值、纹波系数，电感电流峰峰值、平均值、纹波系数如表1所示。

    比较三相系统与单相系统数据，Buck模式下，由于滤波电容的作用，两系统输出电压电流纹波相差不大，三相系统略小于单相系统，三相系统下的iL峰峰值远小于单相系统，iL平均值约为单相系统的1／3；Boost模式下，三相系统输出电压纹波较小，三相系统电池侧输出电流峰峰值较小，电池侧输出电流纹波系数约为单相系统的1／3，三相系统下的iL峰峰值远小于单相系统，iL平均值约为单相系统的1／3。
    实验结果证实，与单相模式相比，在运行条件相同的情况下，三相交错双向DC／DC变流器有如下优点：①输入输出电流平均分配到3对桥臂上，减小了开关管的电流应力，避免了开关管、输出电感等器件过于疲劳，发热过于集中等问题；②由于3对桥臂交替导通，输入输出电流相互叠加且互差1200°，电流纹波大大减小；③由于各相中承担的电流减小，可以采用更为小型的输出电感，提高负载的瞬变应答能力。

5 结论
    基于DSP与FPGA联合控制方式，结合PEBB模块，实现双向DC／DC储能变流器的三相交错运行模式。实验结果表明，该方式可以有效减小系统输出电压电流纹波，改善电能质量，使得电力储能系统综合性能大大提高，适应不同储能电池的能力大大增强。