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储能系统技术 储能系统 ★ 5.0

具有部分功率处理功能的三端口混合变压器用于可再生能源与储能集成

A Three-Port Hybrid Transformer With Partial Power Processing Function for Renewables and Energy Storage Integration

作者 Huan Guo · Chen Li · Ruiyuan Huang · Yinghua Ye
期刊 IEEE Transactions on Industrial Electronics
出版日期 2024年9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 储能系统 混合变压器 部分功率处理 性能分析 成本降低
语言:

中文摘要

将储能系统(ESS)与可再生能源相结合可以平滑功率流并减轻对电网的影响。本文提出了一种具有部分功率处理(PPP)功能和变换器单元复用特性的新型混合变压器(HT)用于这种集成。文中讨论了其运行原理,如转换模式、运行范围和控制策略等。分析了诸如单元功率额定值和端口容量、处理功率比和效率等性能指标。与典型的两级配置相比,为获得规定的端口容量所需的总单元功率额定值显著降低,从而降低了成本。同时,储能系统端口的效率和最大转换容量均得到提高。通过计算、仿真和实验并进行对比,验证了这些改进效果。

English Abstract

Integrating energy storage system (ESS) with renewables can smoothen the power flow and mitigate the impacts on the grid. A novel hybrid transformer (HT) featuring partial power processing (PPP) function and multiplexing of converter unit is proposed for the integration. The operational fundamentals, such as conversion modes, operating range, and control strategy, are discussed in the work. Performances such as the unit power rating and port capacity, processing power ratio, and efficiency are analyzed. Compared with the typical two-stage configuration, the total unit power rating to obtain a defined port capacity is significantly reduced, which leads to a decrease in the cost. The efficiency and the maximal converting capacity of the ESS port are both enhanced. Calculations, simulations, and experiments are completed and compared to verify the improvement.
S

SunView 深度解读

从阳光电源储能系统集成业务角度分析,这项三端口混合变压器技术具有显著的战略价值。该技术通过部分功率处理(PPP)机制和变流器单元复用,为解决新能源并网与储能协同的核心痛点提供了创新路径。

在技术价值层面,该方案相比传统两级拓扑架构实现了三重突破:首先,单位功率等级的大幅降低直接转化为系统成本优势,这对阳光电源在储能变流器(PCS)产品线的市场竞争力提升至关重要;其次,效率提升和储能端口转换容量增强,能够显著改善我们"光储一体化"解决方案的经济性指标;第三,变流器单元的复用设计契合公司模块化、标准化的产品战略,有利于降低供应链复杂度。

从应用场景看,该技术特别适配工商业储能和大型地面电站的"新能源+储能"场景,能够有效平滑光伏出力波动,减少对电网的冲击。这与阳光电源在1500V系统和大储领域的技术积累形成良好协同。论文中验证的部分功率处理特性,意味着在大部分工况下仅需处理部分能量流,这将显著降低功率器件的热应力和提升系统可靠性。

技术挑战主要集中在三端口协同控制策略的复杂性和多工况适应性验证。建议公司研发团队重点关注:混合变压器的磁集成设计与优化、不同新能源渗透率场景下的控制算法鲁棒性,以及与现有PowerStack储能系统的集成方案。该技术已完成实验验证,处于工程化前期,建议启动预研项目评估其在下一代储能变流器平台的应用可行性。