《非級聯式部分功率變換直流電源技術研究》是依託浙江大學，由鄧焰擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：非級聯式部分功率變換直流電源技術研究
- 依託單位：浙江大學
- 項目負責人：鄧焰
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
隨著能源短缺的加劇與新能源開發利用的深入，大功率直流電源的使用越來越普遍。多種新能源以及電力儲能環節呈現直流形式，交流電的精細利用中也大量使用直流環節。普通直流源套用要求使用電力電子技術加以處置。 常規DC/DC電源技術使用變流器與不穩定電源級聯，以全功率變換獲得穩定直流輸出。全容量處理意味著高成本、高損耗與低可靠性，在大功率場合下上述問題尤為突出。實際上，不僅級聯變流器，串聯與並聯方式亦可獲得高性能輸出，原則上後兩種方式是部分功率變換的，有可能在保證性能前提下顯著改進上述不足。 針對不同電源性質與輸出要求，非級聯式布局下變流器自身拓撲與控制、電源與變流器的組合等均呈現極大差異，有待探索。本申請項目擬從變流器與電源協同出力的基本結構入手，研究其基本規律，結合實際需求提出合理的電路結構與控制方法，以期推動部分功率變換新型大容量直流電源技術的深入發展與套用。
結題摘要
常規DC/DC電源技術使用變流器與不穩定電源級聯，以全功率變換獲得穩定直流輸出。全容量處理意味著高成本、高損耗與低可靠性，在大功率場合下上述問題尤為突出。實際上串聯與並聯方式亦可獲得高性能輸出，原則這兩種方式是部分功率變換的，有可能在保證性能前提下顯著改進上述不足。 本項目著眼部分功率變換的DC/DC變流技術理論與實際問題展開了研究。 首先針對常規不穩定電壓輸入穩壓輸出的串聯式部分功率變換進行了分析，選取升壓變換為典型套用場景，以傳統boost升壓電路與輸入串聯移相全橋為對比，理論、仿真與實驗研究表明，在Boost 電路中開關管的硬開關工作以及開關管和二極體的高電壓應力不僅嚴重影響電路效率，而且增加了系統成本。同時在電流連續模式下，由於其控制-輸出電壓傳遞函式存在右半平面零點，因此電路的動態回響慢。我們對基於移相全橋的串聯升壓式部分功率DC-DC 變換器的工作原理進行了詳細分析，並建立了小信號模型，仿真、實驗驗證其具備如下優點: (1) 開關管和二極體的電壓應力低，實現了開關管軟開關，效率更高； (2) 輸入輸出電流連續，輸出濾波電感小。 (3) 動態回響快，動態性能良好。 (4) 全橋電路處理的功率小，成本低。 類似於上述研究背景，選取升降壓變換為典型套用場景，以傳統buck-boost升降壓電路與輸入串聯新型高頻變壓器隔離的逆變部分容量變流電路為對比，理論、仿真與實驗研究表明，在傳統buck-boost 電路中開關管的硬開關工作以及開關管和二極體的高電壓應力明顯影響電路效率，增加了系統成本。在電流連續模式下，傳統非隔離升降壓控制-輸出電壓增益為非線性，控制難度略高，動態回響稍遜。我們對基於高頻隔離雙移相全橋逆變器的串聯升降壓式部分功率DC-DC 變換器的工作原理進行了詳細分析，實驗驗證其具備如下優點: (1) 開關管和二極體的電壓應力低，實現了所有開關管的寬範圍軟開關，效率更高； (2) 輸入輸出電流連續，輸出濾波電感量小。 (3) 動態回響快，動態性能良好。 (4) 用於串聯處理部分功率的高頻隔離式逆變器額定功率小，附加成本有限。
