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一种用于分布式光伏储能应用的软开关多端口变换器
A Soft-Switched Multiport Converter for Distributed PV Application With Energy Storage
| 作者 | |
| 期刊 | IEEE Transactions on Power Electronics |
| 出版日期 | 2025年1月 |
| 技术分类 | 储能系统技术 |
| 技术标签 | DC-DC变换器 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 直流交流微电网 光伏系统 非隔离多端口变换器 控制方案 实验验证 |
语言:
中文摘要
独立的直流/交流微电网通常需要多个直流 - 直流转换器来整合分布式发电机和储能(ES)单元。挑战在于平衡成本、效率、功率密度和系统可靠性。光伏(PV)系统的存在增加了复杂性,特别是在光伏串之间存在不均匀阴影的情况下。这通常会导致光伏发电量减少,原因可能是最大功率点跟踪(MPPT)算法出现误判,也可能是光伏电压下降。为解决这一问题,本文提出了一种采用非隔离多端口转换器的解决方案。该设计允许将两个独立的光伏串和一个储能单元进行串联无缝集成,具有分布式最大功率点跟踪、软开关和差分功率处理等优点。这些特性显著提升了整个系统的性能。针对这种配置,本文提出了一种新颖的控制方案,可对每个电源进行独立控制。值得注意的是,该转换器结构简单,仅使用两个半桥模块,使其在工业应用中具有很高的实用性。通过一个 760 <inline-formula xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink"><tex-math notation="LaTeX">$\text{W}_\text{p}$</tex-math></inline-formula> 的实验室开发原型进行实验验证,并辅以全面的理论分析,证实了该概念的可行性。
English Abstract
A stand-alone dc/ac micro-grid often requires multiple dc–dc converters to integrate distributed generators and an energy storage (ES) unit. The challenge lies in balancing cost, efficiency, power density, and system reliability. The presence of photovoltaic (PV) systems adds complexity, especially in situations of uneven shading among PV strings. This often leads to reduced PV generation, either due to misleading of the maximum power point tracking (MPPT) algorithm or due to dip in PV voltage. To tackle this issue, a solution is proposed using a nonisolated multiport converter. This design allows seamless integration of two individual PV strings and an ES unit in series, offering advantages like distributed MPPT, soft switching, and differential power processing. These features significantly enhance the overall system performance. A novel control scheme is proposed for this configuration that allows independent control of each source. Notably, the converter's structural simplicity, utilizing only two half bridge modules, makes it highly practical for industrial applications. The concept's feasibility has been substantiated through experimental validation using a 760 W_p lab-developed prototype, complemented by thorough theoretical analysis.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项非隔离多端口变换器技术对我们在分布式光伏与储能一体化系统领域具有重要的参考价值。该技术通过创新性地将两路独立PV组串和储能单元串联集成,有效解决了传统方案中存在的成本、效率与可靠性平衡难题。
该技术的核心优势与我们当前的产品战略高度契合。首先,分布式MPPT功能可显著改善组串间不均匀遮挡场景下的发电效率,这对户用和工商业分布式光伏系统尤为关键。其次,软开关技术和差异功率处理架构能够降低开关损耗,提升系统效率,这与我们追求高效率逆变器的产品理念一致。值得注意的是,该方案仅使用两个半桥模块实现多端口功能,结构简洁性强,有利于降低BOM成本和提高功率密度,这对提升我们储能变流器产品的市场竞争力具有实际意义。
从技术成熟度评估,该方案已通过760W原型验证,但距离工业化应用仍需突破若干挑战:非隔离拓扑的安全性需符合各国电网标准;控制算法在复杂工况下的鲁棒性需要大规模测试验证;功率等级扩展到数十千瓦级别时的热管理和电磁兼容性设计需要深入研究。
对阳光电源而言,该技术可作为下一代户用光储一体机的候选方案,特别适合多组串配置的复杂屋顶场景。建议我们的研发团队跟进该技术路线,结合自身在大功率变换器和先进控制算法方面的积累,探索其在中大功率储能系统中的应用潜力,同时关注相关专利布局,为产品差异化竞争储备技术。