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带有LC串联谐振功率自均衡单元的模块化光伏直流升压变换器

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admin 发表于 2024-12-14 13:26 | 查看全部 阅读模式

文档名:带有LC串联谐振功率自均衡单元的模块化光伏直流升压变换器
摘要:该文基于半有源桥(SAB)结构,提出一种带有LC串联谐振功率自均衡单元的输入独立输出串联(IIOS)型光伏直流升压变换器.该变换器采用半有源桥隔离变换器作为子模块单元,实现输入输出电气隔离以及最大功率点跟踪(MPPT)控制,并通过多个子模块单元输出串联实现端口电压匹配以满足直流并网要求.在LC功率均衡支路作用下,该变换器能实现各子模块输出端口的均压控制,控制方法简单,二次侧通过器件复用进一步减少了开关管使用数量,且原二次侧所有开关管均能实现零电压开通(ZVS),效率较高.针对起动时可能产生的系统过电流及谐振电容过电压问题,提出软起动控制策略,保证了系统的可靠性.基于Matlab/Simulink仿真证明了所提变换器工作原理和子模块输出均压方法的可行性,最后通过搭建输出功率600W三模块小型样机进行了实验验证.

Abstract:Input-independentandoutput-series(IIOS)DC-DCconverterscanachievemulti-inputport-independentMPPTcontrolandserieshighgainoutputwhilemaintainingtheoverallsingle-stagepowerconversionoftheconverter,suitableforlarge-scalephotovoltaiccollection.ThetopologyoftheIIOSconverterisanidealsolutiontoachieveahighboostratio,highefficiency,andmulti-inputportconversion.Sincetheoutputsideofeachsub-moduleoftheIIOSconverterisconnectedinseries,iftheinputpowerisdifferent,theoutputvoltageofeachsub-modulewillbeunbalanced,whichmaycausesomesub-modulestoexceedthegainrangeandexittheMPPToperation.Iftheinputpowerdifferenceistoolarge,overvoltagedamagetosomedeviceswilloccur.Therefore,thetechnicaldifficultytobesolvedistoensurethesafeandstableoperationoftheconverterwhilemaintaininglowlossandhigheconomy.ThispaperproposesanIIOSphotovoltaicconverterwithLCseriesresonantpowerbalanceunitbasedonthesemi-activebridge(SAB).TheproposedtopologyemploystheSABconverterasasub-module,whichhastheadvantagesofadualactivebridgeconverter(DAB),suchassoftswitching,highpowerdensity,highefficiency,simplecontrol,andelectricalisolation.Comparedwiththedual-activebridgeconverter,theSABconverterhasfewerswitchingdevices,alargersoft-switchingrange,andismoresuitableforunidirectionalpowerflow,suchasphotovoltaicpowergeneration.Inordertosolvetheproblemofunbalancedoutputportvoltageofeachsub-moduleoftheproposedconverter,onlyalow-valueLCpowerself-balancingunitbranchisneededtobeaddedtothesecondaryarmofeachsub-module.Theself-balancingfunctiondoesnotrequireadditionalcontrolvariables,andthecomplementaryconductionofallupperandlowerswitchescanbeachievedbyrelyingonthesub-moduleside.Inaddition,theproposedconvertercansynchronouslyrealizeMPPTcontrolandoutputportvoltage-sharingcontrolofthephotovoltaicarray.Thecontrolmethodissimple,andthenumberofswitchesisfurtherreducedbydevicereuseonthesecondaryside,andthesystemcostisreduced.Allswitchesontheprimaryandsecondarysidescanrealizezero-voltageswitching(ZVS),andtheefficiencyishigh.Itissuitableforapplyingaphotovoltaicarrayconnectedtoamedium-voltageDCgrid.Insimulation,theilluminationintensityofthesub-modules#1~#3isslowlyincreasedto1000W/m2,830W/m2,and700W/m2respectively,andthesub-modules#4~#6isslowlydecreasedto450W/m2,300W/m2,and220W/m2respectively.TheIIOSconvertertopologywiththepowerself-balancingabilityproposedinthispaperhasanextremelyshortvoltagebalancingtimeandalmostnovoltageovershoot.Thesimulationresultsshowthattheparameterdesignconclusionsobtainedaccordingtothetheoreticalanalysiscanensurethateachsub-modulecanachieveindependentMPPTcontrol,whichverifiesthattheproposedIIOSconvertercansimultaneouslycompletetheboost,MPPT,andvoltageequalizationfunctions.Furthermore,athree-moduledown-scaleexperimentalprototypeisconductedtoverifytheproposedIIOSconverter.Whentheinputpowerofthethreeportsis200W,100W,and100W,respectively,theoutputportsofthethreemoduleshaveachievedvoltageequalization.Whentheinputpowerofsub-module#1changesfrom200Wto0W,theoutputportofthesub-modulecanstillbeequalizedafterabout30switchingcycles.Theoutputportvoltagesare47.2V,50.3V,and52.5V,respectively.Themaximumvoltagedeviationis5%intheopen-circuitfaultstate.Thesteady-stateoutputcurrentoftheconverteris2.65Aand1.3Abeforeandaftertheinputpowerchanges.Therefore,thetheoreticalanalysisandsimulationresultsareconfirmed.

作者:朱小全   侯鹏辉   侯锦涛   金科   张波 Author:ZhuXiaoquan   HouPenghui   HouJintao   JinKe   ZhangBo
作者单位:南京航空航天大学自动化学院南京211106华南理工大学电力学院广州510641
刊名:电工技术学报
Journal:TransactionsofChinaElectrotechnicalSociety
年,卷(期):2024, 39(4)
分类号:TM46
关键词:输入独立输出串联(IIOS)型变换器  分布式光伏发电系统  功率失配  电压均衡  
Keywords:Input-independentandoutput-series(IIOS)converter  distributedPVgenerationsystem  powermismatch  voltageself-balancing  
机标分类号:TP302TN402TM76
在线出版日期:2024年3月5日
基金项目:国家自然科学基金,江苏省自然科学基金,南京航空航天大学研究生创新实验竞赛培育基金资助项目带有LC串联谐振功率自均衡单元的模块化光伏直流升压变换器[
期刊论文]  电工技术学报--2024, 39(4)朱小全  侯鹏辉  侯锦涛  金科  张波该文基于半有源桥(SAB)结构,提出一种带有LC串联谐振功率自均衡单元的输入独立输出串联(IIOS)型光伏直流升压变换器.该变换器采用半有源桥隔离变换器作为子模块单元,实现输入输出电气隔离以及最大功率点跟踪(MPPT)控制...参考文献和引证文献
参考文献
引证文献
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