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具有解耦控制的多端口共用直流-直流变换器用于多电压直流电网
Multi-Port Arm Shared DC-DC Converter with Decoupling Control for Multi-Voltage DC Grid
| 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 多物理场耦合 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 多端口直流变换器 解耦控制策略 分臂启动方法 稳定性 实验验证 |
语言:
中文摘要
多端口直流 - 直流变换器是直流电网的核心交换枢纽,尤其适用于新能源分区接入和复杂环网场景。本文提出了一种各端口电压和电流可灵活控制的多端口臂共享直流 - 直流变换器。针对该多端口架构,提出了一种用节点电压控制替代臂间能量平衡控制的解耦控制策略,以及一种基于模块化多电平换流器(MMC)交/直流侧有源充电的分臂启动方法。所提出的控制策略增强了臂共享直流 - 直流变换器在多端口复杂功率变化下的稳定性和鲁棒性。所提出的启动方法降低了启动实施难度,具有启动应力小、各端口独立性强的优点。搭建了一台额定功率为 1.5 kW、±240 V/±75 V 的双极双低压端口结构的缩比臂共享直流 - 直流变换器样机。实验结果与理论分析相符,表明所提出的直流 - 直流变换器及其控制策略和启动方法非常有效。
English Abstract
Multi-port dc-dc converters are the core exchange hubs of dc grids, especially in new energy partition access and complex ring network scenarios. This paper proposes a multi-port arm shared dc-dc converter with flexible control of voltage and current at each port. For the multi-port architecture, a decoupling control strategy using node voltage control instead of the energy balance control between arms and a split-arm start-up method based on MMC ac/dc side active charging are proposed. The proposed control enhances the stability and robustness of the arm shared dc-dc converters under complex power variations at multiple ports. And the proposed start-up method reduces the difficulty of start-up implementation and has the advantages of low start-up stress and strong independence of each port. A prototype of a downscaled arm shared dc-dc converter with bipolar dual-LV-port structure, rated at 1.5 kW, ±240 V/±75 V, is built. The experimental results agree with the theoretical analyses and show that the proposed dc-dc converter with its control strategy and start-up method is very effective.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这篇论文提出的多端口共臂式DC-DC变换器技术具有重要的战略价值。该技术针对直流电网中的多电压等级互联问题,与我司在光储充一体化、多能互补系统等领域的业务需求高度契合。
在技术创新层面,论文提出的解耦控制策略和分臂启动方法解决了多端口功率交换的核心难题。传统MMC架构在多端口场景下存在桥臂间能量平衡困难、启动复杂等问题,而该方案通过节点电压控制替代能量平衡控制,显著提升了系统在复杂功率波动下的稳定性。这对我司大型地面电站中的光伏分区接入、储能系统多电压母线管理具有直接应用价值。
从产品应用角度,该技术可赋能我司多个产品线:在储能变流器PCS中,可实现高压直流母线与多组电池簇的灵活互联;在光储充一体站中,可高效管理光伏直流、储能电池、充电桩等不同电压等级端口;在工商业微电网场景,可作为核心枢纽实现源网荷储的协调控制。
技术成熟度方面,论文已完成1.5kW原理样机验证,但距离我司百千瓦级产品应用仍需工程化攻关。主要挑战包括:高功率密度设计、子模块电容均压在大规模应用中的可靠性、多端口故障穿越能力等。建议我司研发团队重点关注该技术在模块化多电平拓扑优化、高频磁集成设计方面的延伸研究,并评估其在下一代液冷储能系统、海上风电柔直平台等高端应用中的技术可行性,抢占直流电网核心设备的技术制高点。