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部分功率处理架构的系统化拓扑综合与功率密度可视化
Systematic Topology Synthesis and Power Density Visualization of Partial Power Processing Architecture
| 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 | 储能系统 DC-DC变换器 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 部分功率处理 拓扑综合 功率密度可视化 非隔离拓扑 DC - DC转换器 |
语言:
中文摘要
基于部分功率处理(PPP)的直流 - 直流转换器具有高功率密度和高效率的优势,被认为是光伏系统、储能系统等各类系统中颇具吸引力的解决方案。本文对 PPP 架构的系统拓扑综合和功率密度可视化进行了研究。PPP 拓扑与现有的非隔离拓扑有显著的重叠。为改进现有的拓扑综合方法,本文提出了一种 PPP 拓扑的综合方法。为便于研究综合得到的拓扑,提出了电压增益的通用表达式集。首次提出了拓扑功率密度的可视化方案。该拓扑综合方法为系统地解释现有拓扑提供了全新视角。通过拓扑功率密度的可视化,可以对非隔离拓扑的功率密度进行定量评估。从 PPP 的角度可以系统地综合和分类非隔离拓扑。利用所提出的功率密度可视化方案,可以选择具有更高功率密度的拓扑,即 PPP 拓扑。通过设计和实验分别验证了综合拓扑和功率密度可视化方案的可行性。
English Abstract
DC–DC converters based on partial power processing (PPP) offer the advantage of high power density and high efficiency and are considered an attractive solution in various systems like photovoltaic systems, energy storage systems. This article investigates the systematic topology synthesis and power density visualization of PPP architecture. PPP topologies overlap significantly with existing nonisolated topologies. To enhance the current topology synthesis approach, a synthesis method for PPP topologies is proposed. A general expression set for voltage gain is proposed for the convenience of studying the synthesized topologies. A visualization scheme for the power density of the topology is proposed for the first time. The topology synthesis method offers a fresh perspective for systematically explaining existing topologies. Through the visualization of topology power density, the power density of nonisolated topologies can be quantitatively evaluated. Nonisolated topologies can be systematically synthesized and classified from the perspective of PPP. Using the proposed power density visualization scheme, topologies with higher power density, known as PPP topologies, can be selected. The feasibility of the synthesized topologies and the power density visualization scheme are respectively validated through design and experiment.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这篇关于部分功率处理(PPP)架构的研究具有重要的战略意义。PPP架构DC-DC变换器以其高功率密度和高效率特性,与我司在光伏逆变器和储能系统领域的技术发展方向高度契合。
该论文提出的系统化拓扑综合方法和功率密度可视化方案,为我司产品设计提供了新的理论工具。在光伏系统中,特别是组串式逆变器和优化器应用场景,PPP架构能够显著降低变换器处理的功率比例,这意味着可以减小磁性元件和半导体器件的规格,直接提升系统功率密度和降低成本。对于储能系统的DC-DC变换环节,该技术同样能够提升转换效率,减少能量损耗,这对提高储能系统全生命周期经济性至关重要。
论文提出的功率密度可视化评估方法具有实用价值,可帮助我司研发团队在多种拓扑方案中快速筛选出高功率密度设计,缩短产品开发周期。通用电压增益表达式的建立也为标准化设计流程奠定了基础。
从技术成熟度评估,该研究已通过实验验证,但工程化应用仍需关注几个挑战:一是非隔离拓扑在高压应用中的安全性问题,需要额外的保护设计;二是PPP架构对控制策略的要求更高,需要开发相应的数字控制算法;三是在宽输入电压范围下保持高效率的优化设计。
建议我司技术团队深入研究该方法在1500V光伏系统和大型储能系统中的应用潜力,特别是在追求极致功率密度的户用储能一体机和工商业储能产品线中优先验证,这将有助于巩固我司在新能源变换器技术领域的领先地位。