三連線埠直流變換器拓撲理論及套用關鍵技術研究

《三連線埠直流變換器拓撲理論及套用關鍵技術研究》是依託南京航空航天大學，由邢岩擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：三連線埠直流變換器拓撲理論及套用關鍵技術研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：邢岩
• 依託單位：南京航空航天大學

項目摘要

新能源獨立供電系統和微網系統等配有蓄能電池，形成了具有輸入、輸出和中間雙向三類連線埠的結構。擬研究面向此類系統的三連線埠直流變換器(TPC)拓撲理論和套用關鍵技術。①歸納總結並提取典型TPC拓撲所共有的連線埠特性及連線埠間功率流特性，給出TPC拓撲內在機理描述，提出基於功率流分析與重構的直流變換器拓撲衍生的整體思想和方法；②提出TPC拓撲合理有效的物理構造和最佳化方法：組合-最佳化構造法、控制變數重構法、功率路徑重構法和直接構造法，實現連線埠間單級功率變換；③拓撲篩選、分類，PWM 調製策略和參數設計最佳化準則，發明一系列高能效最佳化TPC；④典型TPC多目標最佳化協調控制和能量管理策略，控制和調製有機融合的實現技術，兼顧最大功率點跟蹤、輸出可控及電池特性等；⑤廣義TPC拓展研究及分散式模組化TPC供電系統演示驗證。研究成果將形成三連線埠變換器拓撲系統理論及高能效套用關鍵技術，並為複雜功率接口變換器研究提供參考

結題摘要

以太空飛行器電源為代表的可再生能源獨立供電系統一般配有蓄能電池，形成了具有輸入、輸出和中間雙向三類連線埠的系統結構，採用新型集成三連線埠變換器(Three-Port Converter，TPC)的方法和技術可顯著提高系統功率變換能效。本項目旨在研究和揭示直流TPC拓撲族的本質規律和內在聯繫，形成一般性拓撲衍生理論和方法，為複雜功率接口變換器拓撲的研究提供理論和方法參考。 提出了基於功率流分析與重構的直流變換器拓撲衍生的整體思想和方法，歸納總結並提取典型TPC拓撲所共有的連線埠特性及連線埠間功率流特性，給出了TPC拓撲內在機理描述，揭示了TPC與傳統兩連線埠變換器的內在聯繫，建立了兩連線埠變換器拓撲向三連線埠變換器拓撲轉化的橋樑。 提出了TPC拓撲合理有效的物理構造和最佳化方法：組合-最佳化構造法、控制變數重構法、功率路徑重構法和直接構造法。推導並得到了一系列具有高集成度且任意兩個連線埠之間均為單級功率變換的TPC拓撲族和多連線埠變換器拓撲族，包括非隔離式、半橋式、全橋式以及雙向式等。提出了兼顧實現輸入最大功率點跟蹤、輸出穩定及蓄電池充放電控制等要求的多目標最佳化功率控制和能量管理策略，以及脈寬調製等關鍵技術的解決方案。 研究了基於模組化TPC的系統架構及功率控制策略，提出了源端分散式模組化TPC系統架構和功率控制方法，實現所有輸入源的最大功率點跟蹤；提出了負載端分散式模組化TPC系統和功率控制方法，滿足不同負載的獨立性和差異性供電需求。 對所提出的典型變換器及模組化系統進行了深入的理論分析和全面的實驗驗證。詳細論述了其基本原理、工作模態、調製方法、軟開關特性和設計要點的分析，給出了原理樣機在各種工作模式下的穩態和動態實驗結果，驗證了理論和方法的正確性以及有效性。 發表論文20篇，其中SCI收錄7篇，EI收錄18篇，重要核心刊物4篇，國際會議論文6篇。申請國家發明專利6項，其中已授權4項。培養博士生3人（其中一人獲2017年江蘇省優秀博士論文），碩士生5人。研究成果已套用於太空飛行器電源變換器預研。