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软开关三端口直流-直流变换器用于离网型可再生能源应用
Soft-Switched Three-Port DC–DC Converter for off-Grid Renewable Energy Application
| 作者 | Siroos Jalilyan · Vahid Abbasi · Ehsan Adib · Saman A. Gorji · Dezso Sera |
| 期刊 | IEEE Transactions on Industrial Electronics |
| 出版日期 | 2024年11月 |
| 技术分类 | 光伏发电技术 |
| 技术标签 | DC-DC变换器 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 软开关三端口直流变换器 光伏电池系统 电池储能 效率 离网可再生能源应用 |
语言:
中文摘要
本文介绍了一种专为光伏电池系统设计的软开关三端口直流 - 直流转换器(TPC),该转换器的两个输入电流均为连续的。所提出的转换器有四个开关,并采用了一个软开关单元,确保所有开关在开通瞬间、关断瞬间或同时在这两种状态下均能实现软开关。所提出的三端口转换器利用电池储能实现连续的双向功率流,此外,它能够有效满足各种负载需求,并确保在无主电源的情况下,仅依靠电池供电模式也能保证电力供应。与软开关和非软开关三端口转换器进行的对比分析提供了近期文献中未曾探讨过的新见解,并凸显了所提出的转换器相对于现有技术的优势。搭建了一个标称功率为 260 W 的实验样机以验证其可行性,实现了 95.5% 的峰值效率。通过对稳态性能以及负载和输入电压变化动态响应的测试,证实了实验结果与理论分析预测相符,使其成为离网可再生能源应用的一个极具吸引力的解决方案。
English Abstract
This article introduces a soft-switched three-port dc–dc converter (TPC) designed for photovoltaic battery systems, exhibiting continuous current of both inputs. The proposed converter has four switches and utilizes a soft-switching cell, ensuring that all switches achieve soft-switching either at the turn-on or turn-off instant or simultaneously in both states. The proposed TPC leverages battery storage with a continuous bidirectional power flow, in addition, to enabling it to meet diverse load demands efficiently, ensures power availability in battery-alone mode without the primary power source. A comparative analysis with both soft-switched and nonsoft-switched TPCs offers new insights that have not been explored in the recent literature and highlights the advantages of the proposed converter over existing technologies. An experimental prototype with a nominal power of 260 W was constructed to demonstrate its practicality, achieving a peak efficiency of 95.5%. Testing, including assessments of steady-state performance and dynamic response to load and input voltage variations, confirms the alignment with analytical predictions, making it a compelling solution for off-grid renewable energy applications.
S
SunView 深度解读
从阳光电源光储一体化解决方案的业务视角来看,这项软开关三端口DC-DC变换器技术具有重要的战略参考价值。该技术针对离网光伏储能系统的核心痛点,通过创新的软开关单元实现了所有开关器件在开通和关断时的零电压或零电流切换,这与我司在高效能量转换领域的技术追求高度契合。
技术价值方面,该方案的三端口架构能够同时管理光伏输入、储能电池和负载输出,且实现了双向连续电流和95.5%的峰值效率,这对我司户用储能系统和离网电站产品线具有直接借鉴意义。特别是其电池独立供电模式的设计,能够增强系统在弱光或无光条件下的电力保障能力,契合我司PowerStack储能系统对高可靠性的要求。连续电流特性还可降低EMI干扰,减少滤波器成本,这对提升产品竞争力具有实际价值。
然而从工程化角度评估,该技术仍处于实验室验证阶段(260W原型),距离我司商用产品的千瓦级乃至兆瓦级功率等级存在显著差距。功率放大过程中的软开关条件维持、多端口能量管理算法的复杂性、以及在宽输入电压和温度范围下的稳定性,都是产业化需要攻克的挑战。此外,四开关拓扑相比传统两级方案在成本和控制复杂度上的权衡,也需要结合具体应用场景进行深入评估。
建议我司研发团队关注该技术在小功率户用储能和通信基站备电等细分场景的应用潜力,同时评估将软开关技术整合到现有光储变流器平台的可行性,以持续保持技术领先优势。