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光伏发电技术
★ 5.0
太阳能光伏供电的低电流纹波容错多端口变换器设计与表征
Design and Characterization of Solar PV Fed Fault Tolerant Multiport Converter With Reduced Current Ripple
| 作者 | Md. Modassir Masoom · Mayank Kumar · Narendra Kumar |
| 期刊 | IEEE Transactions on Industry Applications |
| 出版日期 | 2025年2月 |
| 技术分类 | 光伏发电技术 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 太阳能光伏 四端口变换器 容错能力 电池充放电 最大功率点跟踪 |
语言:
中文摘要
本文提出了一种适用于三轮/四轮轻型电动汽车的太阳能光伏集成非隔离式四端口(一个输入端口和三个输出端口)电力电子接口。为实现持续运行和可靠性,所提出的多端口转换器具备容错能力并改进了性能参数。与传统转换器不同,所提出的四端口容错直流 - 直流(FPFTDC)转换器具有多种输入/输出特性,并具备多项优势。该电路的交错特性可降低电池充电电流纹波,减小太阳能光伏侧电容器的尺寸,同时提高电流承载能力。文中讨论了降低纹波电流对电池充放电及性能的影响。为实现最大光伏功率捕获和可靠运行,开发了具有容错能力和最大功率点(MPP)跟踪功能的两相交错式升压转换器的移相技术。采用带时间复用控制的开关升压动作来开发多端口转换器输出,该转换器具有双向功能,可用于控制电池储能系统的充放电以及其他负载输出端口。已开发出转换器原型并对所有不同运行模式进行了测试。
English Abstract
This paper presents a solar photovoltaic (PV) integrated, non-isolated four-port (one input and three output ports) power electronic interface for three-wheeler (3-W) / four-wheeler (4-W) light electric vehicles (EVs). For continuous operation and reliability, the proposed multiport converter is developed with fault-tolerant capability and improved performance parameters. Unlike traditional converters, the proposed four-port fault-tolerant dc-dc (FPFTDC) converter has several input/output characteristics with multiple advantages. The interleaved nature of the circuit reduces battery charging current ripple and the size of solar PV side capacitor with increased current capability. The impact of reduced ripple current on battery charging/discharging and the performance are discussed. The phase-shifted technique for a two-phase interleaved boost converter with fault-tolerant capability and maximum power point (MPP) tracking is developed for maximum PV power harvesting and reliable operation. The switched boost action with time multiplexing control is used to develop multiport converter output with the bidirectional capability of the converter for charging/discharging control of the battery energy storage system with other load output ports. The prototype converter setup has been developed and tested for all the different operating modes.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这篇论文提出的光伏集成四端口容错转换器技术具有重要的战略参考价值,特别是在我们布局的光储充一体化和新能源车载电源系统领域。
该技术的核心创新在于通过交错并联架构实现了多端口能量管理,这与阳光电源当前推进的"光储充放"一体化解决方案高度契合。论文中提出的容错设计理念可直接应用于我们的储能变流器产品线,提升系统在单相故障情况下的持续运行能力,这对于商用车载光伏系统和分布式储能应用场景尤为关键。交错技术带来的电池充电纹波电流降低,能够延长储能系统寿命,这与我们PowerTitan等储能产品追求的高可靠性目标一致。
从技术成熟度评估,多端口DC-DC转换器本身已是成熟技术,但论文提出的相移控制结合MPPT和双向充放电管理的集成方案仍处于研发验证阶段。对于阳光电源而言,这项技术在轻型电动车领域的应用场景相对垂直,但其底层的容错控制策略和多能源协同管理算法可以迁移到我们的光储充电站、移动储能车等产品中。
主要技术挑战在于多端口系统的复杂控制逻辑和不同工况下的能量调度优化,这需要强大的功率电子控制能力。机遇方面,该技术可助力阳光电源拓展新能源商用车配套市场,并为我们正在开发的模块化储能系统提供新的拓扑思路,特别是在提升系统集成度和降低BOS成本方面具有实际应用价值。建议将容错设计理念纳入下一代逆变器和储能PCS的研发路线图中。