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储能系统技术
★ 5.0
高降压双向多端口变换器
High Step-Down Bidirectional Multiport Converter
| 作者 | Kavitha Murugan · Praneeth Kumar Pedapati · Hema Chander Allamsetty |
| 期刊 | IEEE Transactions on Power Electronics |
| 出版日期 | 2025年3月 |
| 技术分类 | 储能系统技术 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 高降压双向多端口转换器 三开关 工作模式 控制器 性能分析 |
语言:
中文摘要
本文介绍了一种采用三个开关的高降压比双向多端口变换器。所提出的变换器有一个单一电源、一个储能装置和一个负载，构成了多端口结构。该结构有三种不同的工作模式，并对每种模式进行了稳态分析。此外，借助小信号建模开发了一个控制器来调节负载电压。所提出的变换器在一个 600 瓦的实验室样机上进行了实验验证，输入电压为 270 伏，输出电压转换为 28 伏，开关频率为 25 千赫。对变换器在各种特性方面的性能进行了评估并给出了结果。此外，还将所提出的变换器与已报道的类似变换器进行了比较。
English Abstract
This letter introduces a high step-down bidirectional multiport converter with three switches. The proposed converter has a single source, an energy storage device, and a load, configuring the multiport structure. The configuration has three different modes of operation and the steady-state analysis for each mode has been discussed. Furthermore, a controller has been developed to regulate the load voltage with the help of small signal modeling. The proposed converter has been experimentally validated on a 600-W laboratory prototype for an input voltage of 270 V converted to 28 V at the output with a switching frequency of 25 kHz. The performance analysis with respect to various attributes has been evaluated and reported. In addition, the proposed converter has been compared with similar converters reported.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看，这项高降压比双向多端口变换器技术具有显著的应用价值。该技术实现了270V到28V的高降压比转换，这与我们在光储系统中面临的典型电压等级匹配需求高度契合，特别是在直流母线与低压储能单元或辅助电源系统的接口场景中。
该变换器的核心优势在于仅使用三个开关实现多端口功能，集成了电源输入、储能装置和负载三个端口，这种拓扑简化对降低系统成本和提高功率密度具有实际意义。在我们的储能变流器（PCS）产品线中，类似的多端口架构可以优化电池管理系统与直流侧的能量调度，减少变换级数，从而提升整体效率。600W的原型功率等级虽然较小，但其技术原理可扩展至千瓦级应用，适合户用储能系统的辅助电源模块或通信电源备份方案。
从技术成熟度评估，该研究已完成小信号建模和负载电压控制器设计，并通过实验验证了25kHz开关频率下的稳态性能，表明技术已达到原理验证阶段。然而，向工业化应用推进仍需关注几个关键问题：一是高降压比下的效率优化，需验证全负载范围的转换效率是否满足我们95%以上的系统要求；二是双向功率流动时的动态响应特性，这对储能系统的快速充放电控制至关重要；三是电磁兼容性和热管理在高功率密度设计中的挑战。
对阳光电源而言，该技术可作为下一代模块化储能系统的候选方案，特别是在多能互补的微网项目中，多端口架构能够简化光伏、储能、负载之间的能量管理拓扑。建议跟进该技术的功率扩展性研究和长期可靠性测试数据。