本创新设计聚焦新能源与节能技术,介绍了一款新型双分离源多电平变换器及其电源系统。该系统核心由双分离源变换器单元和开关电容单元并联构成,其中开关电容单元负责根据接入条件调整电压,以实现高效能源转换和优化电源管理。
背景技术
随着世界工业的高速发展,传统能源的大量利用及相应的碳排放正逐步对世界的环境可持续性造成不可忽视的影响。为应对这些挑战,人们越来越关注可再生新能源技术,例如储能电池、光伏(PV)系统和氢燃料电池等,这些新能源技术在工业中推动了脱碳发展而受到广泛关注。
然而,大多数可再生新能源发电单元仍存在一些技术挑战。例如在电网系统中,由于发电单元及负载的多样性和复杂性,其母线输出电压通常较低且波动,这需要部署高性能升压逆变器,以确保满足多样化负载/电网需求的稳定电压水平。传统的单极DC-AC逆变器的直流侧电压要求大于交流侧电压,这样的电路拓扑对于低压新能源发电单元具有不适用性,因此会在低压新能源发电单元和DC-AC逆变器直流端之间集成一个升压DC-DC变换器。尽管具有优势,但该组合的实际电压增益能力有限。此外,两级功率转换过程还增加了损耗和系统复杂性。此针对上述问题,已有人设计出DC-DC变换器和DC-AC变换器相结合的新型拓扑:Z源变换器及单分离源变换器(DSSI)。
Z源变换器利用了一个阻抗网络,其中阻抗网络包括四个无源元件和一个二极管,以此作为升降压逆变器。但是该变换器的电感电容参数在不同的应用场景均不同,这增加了实际部署的复杂性。同时该变换器在稳定工作状态下,直流源的输出电流是断续的,这对于直流源的寿命会造成极大的影响。
单分离源变换器(DSSI)的拓扑可以实现直流源的输出电流连续稳定,彻底解决了Z源变换器的致命性问题,但该拓扑结构仍然存在诸多挑战,例如开关管上的电压应力过大、电路拓扑需要更大体积和数值的直流电容来减弱二倍频纹波以及需要更大体积和数值的滤波器件来消除PWM谐波。另外在实际新能源系统部署场景下,需要考虑外部环境因素,例如在光伏板运行中发生部分遮阴的情况下,单分离源变换器(DSSI)的能量转换效率会降低,会降低发电单元的整体可靠性。因此需要考虑多新能源发电单元与变换器相结合的情况,提高整体系统的可靠性和效率,同时,新能源发电单元与电力电子变换器之间多为一对一的连接,应对突发环境变化的能力不足。
实现思路