第四章 太陽能供電之直流微電網系統控制策略
4.3 雙向直流直流轉換器之蓄電池充放電架構及控制
對於搭配儲能系統之太陽能發電系統而言，能量管理使相當重要。有好的能 量控制策略，將使系統運作達到最佳狀態，進而提升系統整體效率。本節介紹此 雙向直流直流轉換器之直流鏈控制策略及作為系統之能量平衡控制，以維持平衡 太陽能及負載功率穩定。一方面在此轉換器具有升壓功能，提供能量給予直流負 載使用。另一方面此轉換器具有降壓功能，使太陽能多餘之能量給予儲能系統進 行充電。
蓄電池組透過充、放電來平衡系統能量，本文採用雙向直流直流轉換器作為 蓄電池予直流鏈間的能量傳遞橋樑，此雙向直流直流轉換電路如圖 4.9 所示，主 要由蓄電池及電感L 及開關B T 、B1 TB2所組成。而蓄電池之規格參數如表 4.3 所 示。
1
TB
2
TB
LB L
O A D
Battery
1
DB
2
DB
vdc
iB
idc
iLoad
圖 4.9 雙向直流直流轉換電路
本文之雙向直流直流轉換器採用 4 顆蓄電池串聯而成，其蓄電池組電壓為 48V，並經由雙向直流直流轉換器升壓將蓄電池組電壓升壓至系統所需之直流鏈 電壓 200V，其直流鏈電壓控制器如圖 4.10 所示。
vdc
*
vdc
Voltage Controller
Current Controller
iB
*
iB vcontB
s kvp+kvi
s kip+kii
藉由回授直流鏈電壓v 與直流鏈電壓命令dc v 經由直流鏈電壓控制器產生*dc
控制命令vcontB，控制命令與三角波比較後產生開關信號G 、B1 GB2對其上、下臂
開關T 、B1 TB2使蓄電池組進行充放電控制，達到本文之能量管理之目的。
表 4.3 蓄電池 LONG WP22-12NE 之規格參數 電壓值(Voltage) 12V 容量(Nominal Capacity) 22AH at 20hr
浮充電壓(Standby Use) 13.5~13.8V 循環壽命(Cycle Use) 14.4~15.0V 工作溫度(Operating Temperature) 25°C
重量(Weight) 6.45kg 體積(mm) 181×76×167
根據太陽能供電及負載情況中，直流微電網系統之運作模式依雙向直流直流 轉換器分為升壓模式及降壓模式，各別介紹及解析。
4.3.1 雙向直流直流轉換器之降壓操作模式
當太陽能電源操作在最大功率點輸出下功率大於負載所需時，為了維持直流 鏈電壓的穩定，此時雙向直流直流轉換器操作在降壓模式，以 PWM 信號控制上 臂開關T 導通或截止，太陽能輸出多餘的能量來對電池進行充電，維持平衡負B1 載，其系統電路如圖 4.11 所示。由於直流鏈電壓大於蓄電池組電壓，因此電感LB 在上臂開關T 導通時會吸收在直流鏈上的能量，並在開關B1 T 截止時經由下臂開B1 關TB2向蓄電池進行充電。
PV array
Battery
DC
DC DC
Three-Level Boost DC/DC Converter
Bidirectional DC/DC Converter
L O A D DC Link
vdc
DC
圖 4.11 直流微電網系統降壓模式
依照圖 4.10 直流微電網系統降壓模式之直流鏈電壓控制器，本文之蓄電池 組充電操作，運用電壓控制器，來限制充電電流大小，雖然充電時間較長，但對 電池使用壽命期限較延長。
4.3.2 雙向直流直流轉換器之升壓操作模式
當太陽能電源操作在最大功率點輸出下功率小於負載所需時，為了維持直流 鏈電壓的穩定，此時雙向直流直流轉換器操作在升壓模式，以 PWM 信號控制上 臂開關TB2導通或截止，從電池執行放電操作，提供能量至負載，維持平衡負載，
其系統電路如圖 4.12 所示。由於直流鏈電壓於蓄電池組電壓，因此將蓄電池儲 存在電感L 上的能量，並在經由開關B T 導通時放電至直流鏈上，穩定直流鏈電B1 壓，平衡太陽能及負載功率穩定。。
PV array
Battery
DC
DC
DC DC
Bidirectional DC/DC Converter
L O A D DC Link
vdc
Three-Level Boost DC/DC Converter
圖 4.12 直流微電網系統升壓模式
依照圖 4.10 直流微電網系統升壓模式之直流鏈電壓控制器，本文之蓄電池 組放電操作，是為維持直流鏈電壓穩定。藉由回授實際直流鏈電壓v 追隨直流dc 鏈電壓命令v ，經由電壓控制器得知電流命令dc* i*B調節蓄電池組電流i ，達到穩B 定放電控制。