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储能系统技术 储能系统 ★ 5.0

基于三端口高频隔离变换器及其控制策略的混合式先进牵引供电装置

A Hybrid Advanced Traction Power Supply Equipment Based on Triple-Port High-Frequency Isolated Converter With Its Control Strategy

作者 Xin Wang · Qi Guo · Chunming Tu · Fan Xiao · Ziyi Chen · Jiaming Luo
期刊 IEEE Transactions on Power Electronics
出版日期 2025年2月
技术分类 储能系统技术
技术标签 储能系统
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 先进牵引供电设备 高频隔离 负序电能质量 控制策略 仿真与实验验证
语言:

中文摘要

基于电力电子技术的先进牵引供电设备(ATPSE)为同时解决负序电能质量和电分相问题提供了契机。然而,现有的工频/高频隔离方案仍面临功率密度低和投资成本高等挑战。为解决这些问题,本文提出了一种基于三端口高频隔离直流变换器和现有牵引变压器的高频隔离型先进牵引供电设备(HI - ATPSE)。与现有的高频隔离方案相比,所提出的HI - ATPSE通过共享输出端口,有效减小了设备体积并降低了初始成本。此外,针对所提出的HI - ATPSE内部的电能质量问题,提出了一种控制策略,该策略可在降低直流侧电容值的同时,抑制直流侧二倍频纹波和负序。最后,通过仿真和实验验证了所提出的HI - ATPSE及其控制策略的可行性和可靠性。

English Abstract

The advanced traction power supply equipment (ATPSE) based on power electronics technology presents an opportunity to address issues of negative-sequence power quality and neutral section simultaneously. However, existing power-frequency/high-frequency isolation schemes still face challenges such as low power density and high investment costs. To address these issues, a high-frequency isolated ATPSE (HI-ATPSE) based on triple-port high-frequency isolated dc converter and existing traction transformers is proposed. Compared to existing high-frequency isolation schemes, the device volume and initial cost are effectively reduced by sharing output ports in the proposed HI-ATPSE. In addition, considering the power quality issues within the proposed HI-ATPSE, a control strategy is proposed to suppress the dc side double-frequency ripple and negative-sequence while reducing the dc side's capacitance value. Finally, the feasibility and reliability of the proposed HI-ATPSE and control strategy are validated through simulation and experimental verification.
S

SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这项基于三端口高频隔离变换器的混合牵引供电技术具有重要的战略参考价值。该技术通过高频隔离方案解决负序功率和中性段问题,其核心理念与阳光电源在光储变换器领域积累的多端口拓扑、高频隔离及功率变换技术高度契合。

从技术协同角度分析,论文提出的三端口高频隔离DC变换器架构与阳光电源储能系统中的PCS(储能变流器)存在显著的技术相通性。特别是其通过共享输出端口降低设备体积和成本的设计思路,可直接借鉴至公司正在拓展的工商业储能和大型储能系统中,提升功率密度和系统集成度。此外,该控制策略中抑制直流侧双频纹波、降低电容需求的方案,对优化阳光电源光储一体化系统的直流母线设计具有实际应用价值,可有效减少无源器件成本并提升系统可靠性。

从市场机遇角度看,随着轨道交通电气化进程加速和新能源与交通融合趋势增强,牵引供电领域正成为电力电子技术的新兴应用场景。阳光电源可凭借在高频变换、多电平拓扑和先进控制算法方面的技术积累,向轨道交通供电系统延伸,形成"光储充"一体化的交通能源解决方案。

技术挑战主要集中在高频隔离变压器的设计优化、多端口功率协调控制以及系统级电磁兼容性验证。建议公司研发团队深入研究该技术的工程化实现路径,特别关注其在不对称负载、动态功率波动等复杂工况下的鲁棒性表现,为未来可能的跨领域技术迁移做好技术储备。