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下垂控制直流微电网双向升降压部分功率变换器的保护与控制实现
Protection and Control Implementation for Bidirectional Step-Up/Down Partial Power Converter for Droop-Controlled DC Microgrids
| 作者 | Neelesh Yadav · Andrii Chub · Naser Hassanpour · Andrei Blinov · Dmitri Vinnikov |
| 期刊 | IEEE Transactions on Industry Applications |
| 出版日期 | 2025年4月 |
| 技术分类 | 控制与算法 |
| 技术标签 | 下垂控制 微电网 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 部分功率变换器 DC - DC转换 电流馈电拓扑 多模式控制 实现技术 |
语言:
中文摘要
部分功率变换器能够实现高效的直流 - 直流能量转换系统。升降压部分功率变换器在提高功率密度、效率和降低实现成本方面展现出最大的潜力。近期文献明确表明,这些变换器最灵活的实现方式是基于电气隔离的电流馈电型直流 - 直流变换器拓扑。另一方面,这些拓扑结构容易使半导体器件出现过电压问题,并且在串联端口零电压时电流可控性较差。在实际应用中,这些部分功率变换器必须实现多模式控制、软启动以及对部分额定电压半导体器件的保护。本文阐述了部分功率变换器中存在的这些问题,并提出了解决这些问题的实现技术。实验验证证明了所提出技术的有效性,这表明部分功率变换器有望实现工业应用。
English Abstract
Partial power converters enable the implementation of highly efficient DC-DC energy conversion systems. Step-up/down partial power converters show the highest potential for improving power density, efficiency, and implementation cost. Recent literature clearly shows that the most flexible implementations of these converters are based on galvanically isolated current-fed dc-dc converter topologies. On the other hand, these topologies are prone to overvoltage on semiconductors and can have poor current controllability at zero voltage in the series port. In practice, these partial power converters must implement multimode control, soft start, and protection of partial-voltage-rated semiconductors. This paper demonstrates these issues in a partial power converter and proposes implementation techniques to resolve them. The experimental verification demonstrates the effectiveness of the proposed techniques, suggesting that the partial power converters could be brought to industrial use.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这篇论文所研究的双向升降压部分功率变换器技术对我们在直流微网储能系统和光储一体化解决方案领域具有重要应用价值。
该技术的核心优势在于通过部分功率处理架构显著提升DC-DC变换系统的效率和功率密度,这与我们储能变流器(PCS)和直流优化器产品的技术演进方向高度契合。在光储直流耦合系统中,传统全功率变换方案存在效率损耗大、散热需求高的问题,而部分功率变换器仅处理部分功率流,理论上可将变换效率提升至98%以上,这对降低系统度电成本(LCOS)意义重大。论文提出的电流馈电隔离拓扑特别适合我们在工商业储能和户用光储系统中对安全隔离的严格要求。
从技术成熟度评估,论文针对该拓扑的固有缺陷——半导体过压风险和零电压电流控制性差——提出了多模式控制、软启动和半额定电压器件保护的工程化解决方案,并通过实验验证了工业应用的可行性。这表明技术已接近产品化阶段,但仍需在长期可靠性、电磁兼容和成本控制方面进行深度开发。
对阳光电源而言,技术机遇在于:可将其应用于新一代模块化储能系统,实现更高集成度和更低损耗;在直流微网下垂控制场景中提升多机并联稳定性。挑战则包括:电流馈电拓扑的磁性元件设计复杂度较高,需要与我们现有的磁集成技术深度融合;多模式控制算法需适配不同应用场景的动态响应需求。建议启动预研项目,重点验证其在1500V高压直流系统中的应用潜力。