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摘要上海科技大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院智慧電氣科學(xué)中心王浩宇團(tuán)隊(duì)在基于可調(diào)制耦合電感的IPOS-DAB拓?fù)浠A(chǔ)上,提出一種新型混合調(diào)制方案,并搭建了一臺(tái)100 kHz 2 kW的樣機(jī)進(jìn)行概念驗(yàn)證。

  【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】隨著直流微電網(wǎng)對(duì)功率等級(jí)提升和損耗降低的需求不斷增強(qiáng),系統(tǒng)母線電壓已逐步升至800V以上。由于儲(chǔ)能系統(tǒng)中常用電池組的電壓多為400V等級(jí),對(duì)并網(wǎng)雙向變換器提出了更高的升壓比要求。因此目前廣泛采用輸入并聯(lián)輸出串聯(lián)(IPOS)結(jié)構(gòu)的多模塊雙有源橋(DAB)變換器,但傳統(tǒng)調(diào)制方式在寬電壓范圍內(nèi)易導(dǎo)致環(huán)流增大和零電壓開關(guān)(ZVS)范圍縮小,影響效率。
 
  為提升IPOS-DAB在寬電壓范圍內(nèi)的效率,上海科技大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院智慧電氣科學(xué)中心王浩宇團(tuán)隊(duì)在基于可調(diào)制耦合電感的IPOS-DAB拓?fù)浠A(chǔ)上,提出一種新型混合調(diào)制方案,并搭建了一臺(tái)100 kHz 2 kW的樣機(jī)進(jìn)行概念驗(yàn)證。該方案結(jié)合非對(duì)稱脈寬與相移調(diào)制,并引入隔直電容,使原副邊電壓近似匹配,在200–400V輸入、800V輸出條件下顯著優(yōu)化環(huán)流并擴(kuò)展ZVS范圍,實(shí)現(xiàn)雙向功率傳輸峰值效率98.3%,20%–100%負(fù)載效率不低于96%。
 
圖1:800V直流微電網(wǎng)示意圖
 
圖2:變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
 
  此外,兩個(gè)DAB模塊中的獨(dú)立電感被替換為一個(gè)耦合電感,通過調(diào)制控制其激勵(lì)方向,實(shí)現(xiàn)等效電感值的兩檔調(diào)節(jié),無需額外電路。根據(jù)電壓增益與功率需求,系統(tǒng)可動(dòng)態(tài)切換激勵(lì)模式,在重載下優(yōu)化環(huán)流,同時(shí)保持輕載下的軟開關(guān)能力,兼顧全負(fù)載范圍高效運(yùn)行。
 
圖3:混合調(diào)制方案示意圖:(a)正向激勵(lì)模式  (b)反向激勵(lì)模式
 
圖4:實(shí)驗(yàn)樣機(jī)
 
  該成果以“Wide Voltage Range Efficiency Enhancement Scheme for Input-Parallel-Output-Series DAB Converters in 800V DC Microgrids”為題發(fā)表于IEEE Transactions on Power Electronics。上科大信息學(xué)院2024級(jí)博士生張昊宇為第一作者,王浩宇教授為通訊作者,上科大為第一完成單位。

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