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一种基于耦合电感的多输入高升压变换器
A Coupled Inductor-Based Multiinput High Step-Up Converter for Renewable Power Generation Systems
| 作者 | Seyed Majid Hashemzadeh · Seyed Hossein Hosseini |
| 期刊 | IEEE Transactions on Industrial Electronics |
| 出版日期 | 2024年10月 |
| 技术分类 | 风电变流技术 |
| 技术标签 | DC-DC变换器 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 多输入高升压DC - DC转换器 三绕组耦合电感 电压倍增单元 可再生能源 效率分析 |
语言:
中文摘要
本文提出了一种多输入高升压直流 - 直流转换器的新设计,该设计采用三绕组耦合电感(TWCI)和电压倍增单元(VMC)。该转换器具有诸多优势,包括显著的电压增益、高效率以及可降低半导体元件上的电压应力。通过将三绕组耦合电感与电压倍增单元相结合,该转换器能够在低功率开关占空比下实现高电压转换比。该设计支持可扩展的输入端口,允许多个独立输入源为单一输出供电。每个输入端口的电流纹波都较小,这使得该转换器特别适用于光伏(PV)面板等可再生能源。此外,该设计在输入端口和输出端口之间设置了公共接地,提高了其实用性。本文详细阐述了所提出转换器的工作模式、稳态特性和效率分析,并与其他现有转换器拓扑进行了对比。为验证理论概念,对一个额定功率为 237 W、输出电压为 395 V 的实验样机进行了测试,证实了该设计的有效性。
English Abstract
This article presents a new design for a multiinput high-step-up dc–dc converter that utilizes three winding coupled inductors (TWCIs) along with voltage multiplier cells (VMCs). This converter offers several advantages, including significant voltage gain, high efficiency, and minimized voltage stress on semiconductor components. By combining TWCI with VMCs, the converter achieves a high-voltage conversion ratio while operating at low-power switch duty cycles. The design supports expandable input ports, allowing multiple independent input sources to supply power to a single output. Each input port maintains low-current ripple, making the converter particularly suitable for renewable energy sources such as photovoltaic (PV) panels. Additionally, the design includes a common ground between the input and output ports, enhancing its practicality. The article details the operation modes, steady-state behavior, and efficiency analysis of the proposed converter. A comparative comparison with other existing converter topologies is also provided. To validate the theoretical concepts, an experimental prototype with a power rating of 237 W and an output voltage of 395 V is tested, confirming the design's effectiveness.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项基于耦合电感的多输入高升压变换器技术具有显著的应用价值,特别是在分布式光伏发电和混合储能系统领域。
该技术的核心优势在于通过三绕组耦合电感与电压倍增单元的协同设计,实现了高电压增益(395V输出)与低占空比运行的有机结合,这对于我们的组串式逆变器产品线具有重要意义。当前光伏系统面临的一个关键挑战是如何在较低的组件电压下高效升压至并网电压等级,该技术的高转换比特性可有效降低光伏串联数量要求,提升系统设计灵活性。
多输入端口的可扩展架构与我们正在推进的"光储充"一体化解决方案高度契合。该拓扑允许光伏、储能电池、燃料电池等多种能源独立接入同一变换器,每个输入端的低电流纹波特性能够延长光伏组件和储能电池的使用寿命,这对提升系统整体经济性至关重要。输入输出共地设计也简化了系统集成和EMC处理,降低工程实施难度。
然而,技术成熟度方面仍需审慎评估。237W的实验功率等级距离我们商用产品的千瓦至兆瓦级应用存在较大差距,功率器件的电压应力分布、耦合电感的磁集成设计以及多输入协调控制策略在大功率场景下的可靠性需要深入验证。此外,三绕组耦合电感的制造成本和一致性控制可能影响产品竞争力。
建议将该技术列入中长期预研项目,重点探索在户用光伏系统(3-10kW)和微网储能场景的应用可能性,通过功率等级扩展和控制算法优化,逐步形成差异化的技术储备。