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储能系统技术 储能系统 DAB ★ 4.0

500kVA混合固态变压器的设计、分析与实现

Design, Analysis and Implementation of a 500kVA Hybrid Solid State Transformer

作者 Sanjay Rajendran · Alex Qin Huang
期刊 IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics
出版日期 2025年7月
技术分类 储能系统技术
技术标签 储能系统 DAB
相关度评分 ★★★★ 4.0 / 5.0
关键词 混合固态变压器 线频变压器 固态变压器 双有源桥 控制功能
语言:

中文摘要

混合固态变压器(HSST)结合了鲁棒且经济的工频变压器(LFT)与部分功率等级、可调控且响应迅速的固态变压器(SST)。现有研究多集中于通过辅助工频绕组或变压器实现隔离的混合变压器(HT),使其与FACTS装置界限模糊。本文通过20kV/500kVA HSST的案例研究,提出并分析一种基于单级双有源桥(DAB)SST的HSST系统,结合仿真分析阐述其丰富的控制能力,显著提升电网运行灵活性。所研制的20kV HSST硬件样机已通过测试,验证了多种控制功能,最高效率达98.4%。

English Abstract

The Hybrid Solid State Transformer (HSST) is an amalgam of a resilient yet cost effective line frequency transformer (LFT) and a fractional power rated, controllable and responsive solid-state transformer (SST). Existing works have mainly focused on Hybrid Transformers (HT) where the required isolation is provided by an auxiliary line frequency winding or transformer making the distinction between HTs and FACTs devices less evident. This article proposes and studies an HSST system through a case-study of a 20kV/500kVA Hybrid Solid State Transformer (HSST) utilizing a single stage Dual Active Bridge (DAB) based SST complemented by simulation analysis, describing the plethora of control possibilities that undoubtedly improve the operational flexibility in the grid. A hardware prototype of the 20kV HSST unit has been assembled and tested, demonstrating some of the control functionalities, and demonstrating efficiencies of up to 98.4%.
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SunView 深度解读

该500kVA混合固态变压器技术对阳光电源ST系列储能变流器和PowerTitan大型储能系统具有重要应用价值。其单级DAB拓扑结合工频变压器的混合架构,可为20kV中压储能系统提供高效隔离方案,98.4%的峰值效率与阳光电源高效率目标一致。该技术的部分功率处理特性可降低功率器件成本,其丰富的控制能力(电压调节、功率因数校正)可增强ST系列产品的电网适应性。DAB双向功率流特性可直接应用于储能PCS的AC-DC变换级,结合阳光电源现有的SiC器件技术和构网型GFM控制策略,可开发新一代中压直挂储能系统,提升电网灵活性调节能力,为工业微网和大型储能电站提供更经济的解决方案。