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一种用于可再生能源系统的高增益软开关三端口直流-直流变换器
A High-Gain Three-Port DC–DC Converter With Soft-Switching for Renewable Energy System Applications
| 作者 | Mingzhu Zhou · Chao Liu · Ronghuan Xie · Yizhan Zhuang · Xingkui Mao · Yiming Zhang |
| 期刊 | IEEE Transactions on Power Electronics |
| 出版日期 | 2024年10月 |
| 技术分类 | 储能系统技术 |
| 技术标签 | 储能系统 储能变流器PCS DC-DC变换器 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 三端口直流-直流转换器 可再生能源系统 软开关 高增益 效率提升 |
语言:
中文摘要
三端口直流 - 直流转换器（TPC）可集成可再生能源系统、储能系统和负载，具有高集成度和高可靠性的特点。本文提出一种适用于可再生能源系统应用的具有软开关特性的高增益三端口直流 - 直流转换器。在所提出的转换器的各种工作模式下，所有开关均能实现零电压开通，所有二极管均能实现零电流关断，这可有效提高转换器的效率。此外，耦合电感实现了零直流偏置，可减小磁芯尺寸和磁芯损耗。本文阐述了所提出转换器的工作原理、性能分析、效率分析、参数设计、能量管理及控制方法。搭建了一台功率为 300 W 的实验样机，其光伏电压为 45 V，电池电压为 90 V，负载电压为 380 V，以验证该转换器的可行性和正确性。
English Abstract
Three-port dc–dc converters (TPCs) integrate renewable energy systems, energy storage systems, and loads, which have the characteristics of high integration and high reliability. This article proposes a high-gain TPC with soft-switching for renewable energy system applications. In various operating modes of the proposed converter, all switches can achieve zero voltage switching turn-on and all diodes can achieve zero current switching turn-off, which can effectively improve the efficiency of the converter. In addition, the coupled inductor achieves zero dc bias, which can reduce the magnetic size and core loss. The working principle, performance analysis, efficiency analysis, parameter design, energy management and control and of the proposed converter are presented. A 300-W experimental prototype with a 45-V photovoltaic voltage, a 90-V battery voltage, and a 380-V load voltage is built to verify the feasibility and correctness of the converter.
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SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看，这项三端口DC-DC变换器技术对我们在光储一体化系统领域具有重要的战略意义。该技术通过单一变换器同时集成光伏输入、储能接口和负载输出，与我们当前推广的户用及工商业储能系统架构高度契合，能够有效简化系统拓扑，降低BOM成本并提升系统可靠性。
该技术的核心价值在于三个方面：首先，全开关器件实现零电压开通（ZVS）和二极管零电流关断（ZCS），这与我们在高效逆变器产品线追求的软开关技术路线完全一致，预期可将变换器效率提升2-3个百分点，这对提升系统级能量转换效率至关重要。其次，耦合电感零直流偏置设计能显著减小磁性元件体积和损耗，这对我们的高功率密度产品开发（如户用储能一体机）具有直接应用价值。第三，论文验证的45V光伏/90V电池/380V负载的电压匹配关系，与分布式光储系统的典型工况场景高度吻合。
从技术成熟度评估，300W原型样机已验证基本可行性，但距离我们数十千瓦级商用产品仍有工程化距离。主要挑战包括：多端口能量管理策略在复杂工况下的鲁棒性、高功率等级下软开关条件的维持、以及耦合电感在批量生产中的一致性控制。建议我们的中央研究院可将此技术纳入预研项目，重点攻关功率扩展和多模式无缝切换控制算法，为下一代模块化光储变流器平台储备技术。该方向与我们"1+X"模块化逆变器战略形成良好协同，具有中长期布局价值。