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基于混合并网变换器的多功能消弧装置
A Multifunctional Arc Suppression Device Based on Hybrid Grid-Connected Converters
| 作者 | Zejun Huang · Qi Guo · Chunming Tu · Kai Sun · Lei Wang · Fei Jiang |
| 期刊 | IEEE Transactions on Industrial 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 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 集成并网变流器 消弧装置 无功补偿 参数优化设计 仿真实验 |
语言:
中文摘要
由于消弧装置在正常运行和单相接地故障时的电压幅值不同,导致成本高、模块利用率低的问题较为严重。为此,提出一种具备无功补偿和故障调节能力的集成式并网变流器(IGCC)。首先,本文介绍了IGCC的拓扑结构和运行机制。通过改进传统消弧装置,形成一种结合中性点钳位(NPC)和级联H桥的通用单元。在NPC模块中增加第四桥臂并与消弧电感相连,实现了两种结构的集成。NPC单元的接入不仅减少了传统消弧装置的模块数量,还为消弧装置和无功补偿装置提供了一个集成端口。其次,对IGCC的有源和无源部分参数进行了优化设计,以确保IGCC稳定运行。此外,与现有方案相比,证明了IGCC在成本和体积方面的优势。最后,仿真和实验结果验证了所提拓扑结构和功能的正确性、可行性和有效性。
English Abstract
Since the voltage amplitude of the arc suppression device is different during the normal operation and single line-to-ground fault, the problems of high cost and low module utilization rate are serious. An integrated grid-connected converter (IGCC) with reactive power compensation and fault regulation ability is proposed. First, the topology and operation mechanism of IGCC are introduced in this article. A common unit combining neutral point clamped (NPC) and cascaded H-bridge is formed by improving the traditional arc suppression device. By adding a fourth leg in the NPC module and connecting with the arc suppression inductance, the integration of the two structures is realized. The access of NPC unit not only reduces the number of modules of traditional arc suppression device, but also provides an integrated port for arc suppression device and reactive power compensation device. Second, the parameters of active and passive part of IGCC are optimally designed to ensure the stable operation of IGCC. In addition, compared with existing schemes, the superiority of IGCC in cost and volume is proved. Finally, the correctness, feasibility and effectiveness of the proposed topology and functions are verified by the simulation and experiment results.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项基于混合并网变流器的多功能消弧装置技术具有显著的战略价值。该技术通过整合中性点钳位型(NPC)和级联H桥拓扑,实现了无功补偿与故障调节的一体化设计,这与我司在光伏逆变器和储能系统领域追求的高集成度、多功能化发展方向高度契合。
该技术的核心创新在于通过在NPC模块中增加第四桥臂并连接消弧电感,显著降低了传统消弧装置的模块数量,解决了正常运行与单相接地故障时电压幅值差异导致的成本高、模块利用率低的痛点。对于阳光电源而言,这种设计理念可直接应用于我司的1500V大功率逆变器和储能变流器产品线,通过集成消弧与无功补偿功能,提升设备在配电网中的综合价值,增强产品竞争力。
从技术成熟度评估,该方案已完成仿真和实验验证,具备较好的工程化基础。但在实际应用中仍需关注几个关键挑战:一是NPC拓扑的中点电位平衡控制在复杂工况下的鲁棒性;二是多功能集成后的热管理和可靠性设计;三是与现有光伏、储能系统的协同控制策略优化。
应用前景方面,该技术特别适合我司正在拓展的工商业储能和微电网解决方案。在分布式新能源高渗透率场景下,配电网单相接地故障频发,集成消弧功能的储能变流器可同时提供故障处理和电能质量治理服务,创造新的增值空间。建议将此技术纳入下一代多功能变流器平台的预研规划,重点突破拓扑优化和多目标协同控制等关键技术。