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新能源大功率高壓直流并網(wǎng)變換器 版權(quán)信息
- ISBN：9787030742223
- 條形碼：9787030742223 ; 978-7-03-074222-3
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數(shù)：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
新能源大功率高壓直流并網(wǎng)變換器 內(nèi)容簡介
本書重點闡述了非隔離型與隔離型大功率高壓直流變換器的電路拓撲與相應(yīng)的控制技術(shù)。首先，針對非隔離型方案，提出諧振開關(guān)電容升壓和LC并聯(lián)諧振升壓兩種結(jié)構(gòu)，分別實現(xiàn)開關(guān)管的零電流開關(guān)(ZCS)和零電壓開關(guān)(ZVS)。其次，針對隔離型方案，提出一種支干分流思想，實現(xiàn)主開關(guān)管的ZCS，顯著降低了變換器的開關(guān)損耗。基于支干分流思想，提出一系列ZCS直流升壓變換器。再次，針對定脈寬變頻調(diào)制LC串聯(lián)諧振變換器，分析其高頻變壓器磁芯磁密變化情況，并提出一種非對稱定脈寬變頻調(diào)制策略，消除了高磁密工作模式，避免了變壓器飽和問題。*后，研制了模塊化IPOS型、高頻諧振型和中頻型三套±35kV/500kW光伏直流并網(wǎng)變換器，并在中國電力科學(xué)研究院有限公司張北新能源基地成功示范應(yīng)用。
新能源大功率高壓直流并網(wǎng)變換器 目錄
目錄
“智能電網(wǎng)技術(shù)與裝備叢書”序
序
前言
第1章 概述 1
1.1 新能源中壓交/直流并網(wǎng)匯集技術(shù)方案 1
1.2 新能源直流并網(wǎng)MV DC/DC變換器技術(shù)要求 5
1.3 非隔離型MV DC/DC變換器 6
1.3.1 電感升壓類 7
1.3.2 開關(guān)電容類 8
1.3.3 諧振升壓類 9
1.4 隔離型MV DC/DC變換器 10
1.4.1 多模塊組合類 10
1.4.2 單模塊大容量類 13
參考文獻 17
第2章 諧振開關(guān)電容升壓變換器 20
2.1 工作原理 20
2.2 與其他方案的比較分析 26
2.3 仿真與實驗驗證 28
2.4 其他類型諧振開關(guān)電容升壓變換器 31
2.4.1 高增益型諧振開關(guān)電容變換器 32
2.4.2 低電壓應(yīng)力型諧振開關(guān)電容變換器 32
2.5 本章小結(jié) 34
參考文獻 35
第3章 LC并聯(lián)諧振升壓變換器 36
3.1 工作原理 36
3.2 特性分析與參數(shù)設(shè)計 41
3.3 仿真驗證 46
3.3.1 穩(wěn)態(tài)仿真 46
3.3.2 動態(tài)仿真 47
3.3.3 對比仿真 48
3.4 實驗驗證 52
3.4.1 控制電路設(shè)計 52
3.4.2 樣機參數(shù) 52
3.4.3 穩(wěn)態(tài)實驗 53
3.4.4 動態(tài)實驗 55
3.5 本章小結(jié) 56
第4章 支干分流型零電流開關(guān)全橋變換器 57
4.1 變換器主電路及其工作原理 57
4.2 參數(shù)設(shè)計 61
4.2.1 匝比N1和N2 62
4.2.2 電感Lt 64
4.2.3 輸出濾波電容Co1和Co2 64
4.2.4 輔變壓器Tr2的漏感 65
4.3 支干分流思想 66
4.4 N2對功率損耗的影響 66
4.5 實驗驗證 71
4.6 本章小結(jié) 75
參考文獻 76
第5章 支干分流型零電流開關(guān)諧振全橋變換器 77
5.1 變換器主電路及其工作原理 77
5.2 參數(shù)設(shè)計 80
5.2.1 匝比N1和N2 83
5.2.2 諧振電容Cr 84
5.2.3 諧振電感Lr 85
5.2.4 匝比N2和諧振電容Cr的優(yōu)化設(shè)計 85
5.3 仿真驗證 88
5.3.1 匝比N2和諧振電容Cr的影響 88
5.3.2 匝比N1的影響 91
5.4 實驗驗證 93
5.5 本章小結(jié) 98
第6章 低電壓應(yīng)力的支干分流型DC/DC變換器 99
6.1 輔助開關(guān)管低電壓應(yīng)力的支干分流型ZCS諧振全橋變換器 99
6.1.1 變換器主電路及其工作原理 99
6.1.2 實驗驗證 103
6.2 支干分流型ZCS諧振三電平變換器 106
6.2.1 變換器主電路及其工作原理 106
6.2.2 實驗驗證 109
6.3 輔助開關(guān)管低電壓應(yīng)力的支干分流型ZCS諧振三電平變換器 113
6.3.1 變換器主電路及其工作原理 113
6.3.2 實驗驗證 116
6.4 本章小結(jié) 119
參考文獻 119
第7章 電流斷續(xù)模式大功率高壓串聯(lián)諧振變換器 120
7.1 定脈寬變頻調(diào)制 120
7.1.1 基本工作原理 121
7.1.2 磁密分析 123
7.1.3 仿真驗證 128
7.2 非對稱定脈寬變頻調(diào)制 134
7.2.1 工作原理 134
7.2.2 仿真驗證 140
7.3 實驗驗證 142
7.3.1 定脈寬變頻調(diào)制實驗 143
7.3.2 非對稱定脈寬變頻調(diào)制 146
7.4 本章小結(jié) 148
參考文獻 149
第8章 模塊化IPOS型±35kV/500kW光伏直流并網(wǎng)變換器 151
8.1 模塊化IPOS型±35kV/500kW光伏直流并網(wǎng)變換器基本原理 151
8.1.1 LLC諧振工作原理及增益特性 152
8.1.2 倍壓整流的特點及自均壓特性 158
8.2 模塊化IPOS型±35kV/500kW光伏直流并網(wǎng)變換器控制策略 159
8.2.1 多模塊間交錯控制 159
8.2.2 功率模塊移相啟動策略 160
8.2.3 IPOS系統(tǒng)均壓均流特性 161
8.3 模塊化IPOS型±35kV/500kW光伏直流并網(wǎng)變換器參數(shù)設(shè)計 163
8.3.1 系統(tǒng)設(shè)計指標(biāo)及要求 163
8.3.2 主回路參數(shù)設(shè)計與選型 165
8.3.3 仿真驗證 167
8.4 模塊化IPOS型±35kV/500kW光伏直流并網(wǎng)變換器試驗驗證 168
8.4.1 62.5kW功率模塊試驗 168
8.4.2 ±35kV/500kW整機系統(tǒng)試驗 169
8.5 本章小結(jié) 171
參考文獻 171
第9章 高頻諧振型±35kV/500kW光伏直流并網(wǎng)變換器 172
9.1 基于DCM-SRC的±35kV/500kW光伏直流并網(wǎng)變換器拓撲結(jié)構(gòu) 172
9.2 關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計 173
9.2.1 匝比n 173
9.2.2 額定開關(guān)頻率fsn和諧振腔參數(shù) 174
9.2.3 輸入電容Cin 174
9.2.4 輸出濾波電容Co1和Co2 175
9.3 主開關(guān)管IGBT選型及其散熱設(shè)計 176
9.4 大功率高頻變壓器設(shè)計及高壓整流橋選型 178
9.4.1 原副邊繞組匝數(shù)N1和N2 178
9.4.2 磁芯型號 179
9.4.3 原副邊繞組材料及其布局設(shè)計 179
9.4.4 高壓整流橋 184
9.5 高頻諧振型±35kV/500kW光伏直流并網(wǎng)變換器試驗驗證 184
9.5.1 ±35kV/250kW功率模塊實驗 184
9.5.2 ±35kV/500kW整機系統(tǒng)試驗 188
9.6 本章小結(jié) 192
參考文獻 192
第10章 中頻型±35kV/500kW光伏直流并網(wǎng)變換器 193
10.1 中頻型±35kV/500kW光伏直流并網(wǎng)變換器拓撲結(jié)構(gòu) 193
10.2 中頻型±35kV/500kW光伏直流并網(wǎng)變換器控制策略 194
10.2.1 模塊并聯(lián)主從控制方法 194
10.2.2 模塊并聯(lián)環(huán)流影響分析 195
10.2.3 主從控制通信系統(tǒng)設(shè)計 198
10.2.4 主從控制載波同步設(shè)計 199
10.3 關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計 200
10.3.1 系統(tǒng)設(shè)計指標(biāo)與要求 200
10.3.2 功率器件參數(shù)設(shè)計與選型 201
10.3.3 中頻逆變?yōu)V波器參數(shù)設(shè)計 202
10.3.4 中頻變壓器設(shè)計 206
10.3.5 中壓不控整流橋設(shè)計 207
10.4 樣機研制與試驗驗證 207
10.4.1 工程化樣機及實證平臺 207
10.4.2 系統(tǒng)啟動邏輯 209
10.4.3 并網(wǎng)試驗驗證 214
10.5 本章小結(jié) 220
參考文獻 221
“智能電網(wǎng)技術(shù)與裝備叢書”序
序
前言
第1章 概述 1
1.1 新能源中壓交/直流并網(wǎng)匯集技術(shù)方案 1
1.2 新能源直流并網(wǎng)MV DC/DC變換器技術(shù)要求 5
1.3 非隔離型MV DC/DC變換器 6
1.3.1 電感升壓類 7
1.3.2 開關(guān)電容類 8
1.3.3 諧振升壓類 9
1.4 隔離型MV DC/DC變換器 10
1.4.1 多模塊組合類 10
1.4.2 單模塊大容量類 13
參考文獻 17
第2章 諧振開關(guān)電容升壓變換器 20
2.1 工作原理 20
2.2 與其他方案的比較分析 26
2.3 仿真與實驗驗證 28
2.4 其他類型諧振開關(guān)電容升壓變換器 31
2.4.1 高增益型諧振開關(guān)電容變換器 32
2.4.2 低電壓應(yīng)力型諧振開關(guān)電容變換器 32
2.5 本章小結(jié) 34
參考文獻 35
第3章 LC并聯(lián)諧振升壓變換器 36
3.1 工作原理 36
3.2 特性分析與參數(shù)設(shè)計 41
3.3 仿真驗證 46
3.3.1 穩(wěn)態(tài)仿真 46
3.3.2 動態(tài)仿真 47
3.3.3 對比仿真 48
3.4 實驗驗證 52
3.4.1 控制電路設(shè)計 52
3.4.2 樣機參數(shù) 52
3.4.3 穩(wěn)態(tài)實驗 53
3.4.4 動態(tài)實驗 55
3.5 本章小結(jié) 56
第4章 支干分流型零電流開關(guān)全橋變換器 57
4.1 變換器主電路及其工作原理 57
4.2 參數(shù)設(shè)計 61
4.2.1 匝比N1和N2 62
4.2.2 電感Lt 64
4.2.3 輸出濾波電容Co1和Co2 64
4.2.4 輔變壓器Tr2的漏感 65
4.3 支干分流思想 66
4.4 N2對功率損耗的影響 66
4.5 實驗驗證 71
4.6 本章小結(jié) 75
參考文獻 76
第5章 支干分流型零電流開關(guān)諧振全橋變換器 77
5.1 變換器主電路及其工作原理 77
5.2 參數(shù)設(shè)計 80
5.2.1 匝比N1和N2 83
5.2.2 諧振電容Cr 84
5.2.3 諧振電感Lr 85
5.2.4 匝比N2和諧振電容Cr的優(yōu)化設(shè)計 85
5.3 仿真驗證 88
5.3.1 匝比N2和諧振電容Cr的影響 88
5.3.2 匝比N1的影響 91
5.4 實驗驗證 93
5.5 本章小結(jié) 98
第6章 低電壓應(yīng)力的支干分流型DC/DC變換器 99
6.1 輔助開關(guān)管低電壓應(yīng)力的支干分流型ZCS諧振全橋變換器 99
6.1.1 變換器主電路及其工作原理 99
6.1.2 實驗驗證 103
6.2 支干分流型ZCS諧振三電平變換器 106
6.2.1 變換器主電路及其工作原理 106
6.2.2 實驗驗證 109
6.3 輔助開關(guān)管低電壓應(yīng)力的支干分流型ZCS諧振三電平變換器 113
6.3.1 變換器主電路及其工作原理 113
6.3.2 實驗驗證 116
6.4 本章小結(jié) 119
參考文獻 119
第7章 電流斷續(xù)模式大功率高壓串聯(lián)諧振變換器 120
7.1 定脈寬變頻調(diào)制 120
7.1.1 基本工作原理 121
7.1.2 磁密分析 123
7.1.3 仿真驗證 128
7.2 非對稱定脈寬變頻調(diào)制 134
7.2.1 工作原理 134
7.2.2 仿真驗證 140
7.3 實驗驗證 142
7.3.1 定脈寬變頻調(diào)制實驗 143
7.3.2 非對稱定脈寬變頻調(diào)制 146
7.4 本章小結(jié) 148
參考文獻 149
第8章 模塊化IPOS型±35kV/500kW光伏直流并網(wǎng)變換器 151
8.1 模塊化IPOS型±35kV/500kW光伏直流并網(wǎng)變換器基本原理 151
8.1.1 LLC諧振工作原理及增益特性 152
8.1.2 倍壓整流的特點及自均壓特性 158
8.2 模塊化IPOS型±35kV/500kW光伏直流并網(wǎng)變換器控制策略 159
8.2.1 多模塊間交錯控制 159
8.2.2 功率模塊移相啟動策略 160
8.2.3 IPOS系統(tǒng)均壓均流特性 161
8.3 模塊化IPOS型±35kV/500kW光伏直流并網(wǎng)變換器參數(shù)設(shè)計 163
8.3.1 系統(tǒng)設(shè)計指標(biāo)及要求 163
8.3.2 主回路參數(shù)設(shè)計與選型 165
8.3.3 仿真驗證 167
8.4 模塊化IPOS型±35kV/500kW光伏直流并網(wǎng)變換器試驗驗證 168
8.4.1 62.5kW功率模塊試驗 168
8.4.2 ±35kV/500kW整機系統(tǒng)試驗 169
8.5 本章小結(jié) 171
參考文獻 171
第9章 高頻諧振型±35kV/500kW光伏直流并網(wǎng)變換器 172
9.1 基于DCM-SRC的±35kV/500kW光伏直流并網(wǎng)變換器拓撲結(jié)構(gòu) 172
9.2 關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計 173
9.2.1 匝比n 173
9.2.2 額定開關(guān)頻率fsn和諧振腔參數(shù) 174
9.2.3 輸入電容Cin 174
9.2.4 輸出濾波電容Co1和Co2 175
9.3 主開關(guān)管IGBT選型及其散熱設(shè)計 176
9.4 大功率高頻變壓器設(shè)計及高壓整流橋選型 178
9.4.1 原副邊繞組匝數(shù)N1和N2 178
9.4.2 磁芯型號 179
9.4.3 原副邊繞組材料及其布局設(shè)計 179
9.4.4 高壓整流橋 184
9.5 高頻諧振型±35kV/500kW光伏直流并網(wǎng)變換器試驗驗證 184
9.5.1 ±35kV/250kW功率模塊實驗 184
9.5.2 ±35kV/500kW整機系統(tǒng)試驗 188
9.6 本章小結(jié) 192
參考文獻 192
第10章 中頻型±35kV/500kW光伏直流并網(wǎng)變換器 193
10.1 中頻型±35kV/500kW光伏直流并網(wǎng)變換器拓撲結(jié)構(gòu) 193
10.2 中頻型±35kV/500kW光伏直流并網(wǎng)變換器控制策略 194
10.2.1 模塊并聯(lián)主從控制方法 194
10.2.2 模塊并聯(lián)環(huán)流影響分析 195
10.2.3 主從控制通信系統(tǒng)設(shè)計 198
10.2.4 主從控制載波同步設(shè)計 199
10.3 關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計 200
10.3.1 系統(tǒng)設(shè)計指標(biāo)與要求 200
10.3.2 功率器件參數(shù)設(shè)計與選型 201
10.3.3 中頻逆變?yōu)V波器參數(shù)設(shè)計 202
10.3.4 中頻變壓器設(shè)計 206
10.3.5 中壓不控整流橋設(shè)計 207
10.4 樣機研制與試驗驗證 207
10.4.1 工程化樣機及實證平臺 207
10.4.2 系統(tǒng)啟動邏輯 209
10.4.3 并網(wǎng)試驗驗證 214
10.5 本章小結(jié) 220
參考文獻 221
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新能源大功率高壓直流并網(wǎng)變換器 節(jié)選
第1章 概述 1.1 新能源中壓交/直流并網(wǎng)匯集技術(shù)方案 隨著能源危機、溫室效應(yīng)及環(huán)境污染等問題的日益嚴(yán)重，光伏發(fā)電和風(fēng)電等新能源在全世界得到了廣泛關(guān)注，新能源發(fā)電每年新增裝機容量一直呈現(xiàn)增長態(tài)勢。根據(jù)REN21(21世紀(jì)可再生能源政策網(wǎng)絡(luò))發(fā)布的《全球可再生能源現(xiàn)狀報告2021》[1]，2021年全球新能源發(fā)電新增裝機容量超過256GW，其中光伏發(fā)電和風(fēng)電的占比位列前二，分別新增約139GW和93GW。近些年，我國一直走在新能源開發(fā)隊伍的前列，在新能源發(fā)電領(lǐng)域取得了舉世矚目的成績，其中光伏發(fā)電和風(fēng)電的累計裝機容量均穩(wěn)居世界**。國家可再生能源中心在2021年國際能源變革論壇上發(fā)布了《中國可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告2020》[2]，報告給出了如圖1.1所示的近年來我國光伏發(fā)電和風(fēng)電每年的裝機總量，兩者均逐年攀升，其中，光伏發(fā)電增長速度顯著，在短短的6年時間內(nèi)，從2014年的25GW增長到2020年的253GW，裝機總量已經(jīng)基本與風(fēng)電相當(dāng)。根據(jù)該報告，“十四五”期間，預(yù)計我國可再生能源發(fā)電新增裝機容量占新增發(fā)電裝機的70%以上，可再生能源消費增量占一次能源消費增量的50%左右，以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)將加快形成。 隨著全球范圍內(nèi)新能源發(fā)電裝機容量的不斷增長，新能源發(fā)電的匯集和傳輸技術(shù)也備受矚目。得益于大功率半導(dǎo)體器件技術(shù)的發(fā)展和各類新型換流器拓撲的創(chuàng)新，新能源發(fā)電可以通過中壓交流(medium voltage alternative current，MVAC)或者中壓直流(medium voltage direct current，MVDC)匯集，然后再通過高壓交流(high voltage alternative current，HVAC)或者高壓直流(high voltage direct current，HVDC)進行電能傳輸[3]。因此，理論上新能源發(fā)電存在四種組合方案來實現(xiàn)電能的匯集和傳輸，即MVAC匯集HVAC傳輸(方案一)、MVDC匯集HVAC傳輸(方案二)、MVAC匯集HVDC傳輸(方案三)和MVDC匯集HVDC傳輸(方案四)。以海上風(fēng)電為例，本節(jié)繪制了如圖1.2所示的四種新能源匯集和傳輸方案。圖1.2(a)所示的方案一為傳統(tǒng)的海上風(fēng)電匯集和傳輸方案，采用純交流電方式，該方案的主要優(yōu)點是工頻變壓器的制作工藝成熟、效率高、成本相對較低等，且具有較高的功率和電壓等級，目前大部分海上風(fēng)電采用該方案。但該方案中的大功率工頻變壓器十分笨重、體積龐大，導(dǎo)致海上升壓平臺建設(shè)成本較高，另外電容較大的海底交流電纜易和站端補償裝置產(chǎn)生諧振[4]。圖1.2(b)所示的MVDC匯集HVAC傳輸方案需要將風(fēng)機端口的交流電整流為直流電，再通過一個大容量、高絕緣等級的DC/AC變換器逆變?yōu)楦邏航涣麟姡行┒啻艘慌e也不切實際。 為此，相關(guān)學(xué)者提出了如圖1.2(c)所示的MVAC匯集HVDC傳輸方案。HVDC輸電目前已經(jīng)發(fā)展到采用全控型器件絕緣柵雙極晶體管(insulated gate bipolar transistor，IGBT)的第三代技術(shù)[5]，相對于傳統(tǒng)的HVAC輸電，HVDC輸電沒有功角和頻率穩(wěn)定問題，系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性更高，且HVDC輸電線路只需正負兩極導(dǎo)線，桿塔結(jié)構(gòu)簡單、線路走廊窄、線路損耗小[6]。HVDC輸電具有輸送容量大、輸送距離遠等特點，適合大型海上風(fēng)電場遠距離大容量輸電。 事實上，方案三雖然解決了新能源遠距離傳輸問題，但在新能源場站內(nèi)的MVAC匯集仍然需要用到龐大笨重的工頻變壓器和大量的三相交流電纜，頻率穩(wěn)定、弱同步支撐下多逆變器并聯(lián)的振蕩等問題也依舊存在。而如果在HVDC傳輸?shù)幕A(chǔ)上進一步采用MVDC匯集，即圖1.2(d)所示的方案四，則整個新能源發(fā)電匯集和傳輸系統(tǒng)可徹底避免上述問題。對于大型海上風(fēng)電場而言，MVDC匯集方案中的中壓DC/DC變換器可實現(xiàn)高功率密度，相比于傳統(tǒng)MVAC匯集方案中笨重的工頻變壓器，前者可以有效降低運輸和安裝成本，縮小海上升壓平臺的規(guī)模。另外，MVDC匯集方案只需要兩根直流電纜即可滿足大型海上風(fēng)電場的匯流要求，使得方案四成為極具競爭力的新能源發(fā)電匯集和傳輸方案[7-9]。 此外，德國亞琛工業(yè)大學(xué)Doncker教授課題組在2007年還提出了適用于海上風(fēng)電場的低壓和高壓直流匯集兩種方案[10]，如圖1.3所示。由于受限于風(fēng)力發(fā)電機機端線電壓(一般*高只為幾千伏)，圖1.3(a)所示的低壓直流(low voltage direct current，LVDC)匯集方案中的匯流站直流母線電壓偏低，會導(dǎo)致電能匯集過程中損耗較高。另外，LVDC匯集方案中所需的高壓DC/DC變換器的容量大，并且需要具備將幾千伏的低壓直流抬升至幾百千伏的高壓直流的能力，工程實現(xiàn)難度大，而圖1.3(b)所示的匯集方案也存在類似的問題。綜上所述，關(guān)于海上風(fēng)電直流匯集，近些年研究相對比較廣泛的還是圖1.2(d)所示的MVDC匯集方案。 而對于光伏發(fā)電而言，光伏組件的端口電壓本身就為直流電，所以采用MVDC匯集時無需任何光伏逆變器和工頻變壓器即可實現(xiàn)電能的匯集，從而更具優(yōu)勢[11，12]。綜上可見，在HVDC傳輸?shù)幕A(chǔ)上，新能源發(fā)電采用MVDC匯集是未來一個重要的發(fā)展方向，早在2016年我國國家重點研發(fā)計劃**批“智能電網(wǎng)技術(shù)與裝備”重點專項中，就設(shè)立了“大型光伏電站直流升壓匯集接入關(guān)鍵技術(shù)及設(shè)備研制”項目，在后續(xù)的“中低壓直流配用電系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”“分布式光伏多端口接入直流配電系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)和裝備”等項目中新能源發(fā)電MVDC匯集同樣也是重要研究內(nèi)容。 1.2 新能源直流并網(wǎng)MV DC/DC變換器技術(shù)要求 新能源發(fā)電MVDC匯集系統(tǒng)的容量通常比較大，所以需要通過大功率DC/DC變換器(即圖1.2(d)中的中壓DC/DC變換器)來完成，且該變換器應(yīng)具有較高的升壓比，以便將新能源側(cè)的直流低壓抬升至直流中壓等級。該變換器的輸入電壓、輸出電壓、額定傳輸功率等主要參數(shù)會影響變換器自身基本拓撲的選擇，而變換器的拓撲又和控制策略、主要功率半導(dǎo)體器件的軟開關(guān)實現(xiàn)關(guān)系密切。在大功率場合，功率半導(dǎo)體器件的軟開關(guān)實現(xiàn)尤為重要，除了有助于提高變換器的傳輸效率還能降低散熱系統(tǒng)的設(shè)計難度、體積和成本，*終有利于提升MVDC匯集系統(tǒng)的功率密度并降低系統(tǒng)的總成本。因此，下面將主要從適用于新能源發(fā)電MVDC匯集的大功率高升壓比DC/DC變換器(以下簡稱為MV DC/DC變換器)的電壓和功率參數(shù)、拓撲結(jié)構(gòu)幾方面闡述目前的相關(guān)研究現(xiàn)狀。 風(fēng)電是目前*為成熟、應(yīng)用前景*為廣闊的一種新能源，風(fēng)機的出口電壓和額定功率相對較高。目前陸上風(fēng)電場主流風(fēng)力發(fā)電機組的單機容量一般在1.5～3MW，交流側(cè)典型電壓等級為690VAC[13]；而有著更高和更穩(wěn)定風(fēng)能的海上風(fēng)電場，其交流風(fēng)電機組的單機容量普遍達到5MW甚至更高，其交流側(cè)電壓也朝著更高電壓發(fā)展，如3kVAC[14]。文獻[15]于2013年總結(jié)了適用于海上風(fēng)電場的MV DC/DC變換器的電壓和功率區(qū)間，指出了若輸入電壓的區(qū)間為1～6kV，輸出電壓的區(qū)間為30～60kV，額定功率則會達到10MW，而在2020年，西門子公司即推出了當(dāng)時全球*大功率的海上直驅(qū)風(fēng)電機組SG14-222DD(14MW)，因此，有理由相信，在可見的未來，MV DC/DC變換器的功率等級將更高。 相對于風(fēng)電，光伏發(fā)電端口電壓相對較低，以擁有超過40年開發(fā)經(jīng)驗的BP Solar公司的BP365J(65W)光伏電池板為例，其在*大功率點處的電壓為17.6V(基于標(biāo)準(zhǔn)測試條件：光照強度和電池板溫度分別為1000W/m2和25℃)，一般需要通過多個相同型號的光伏電池板進行串聯(lián)將整個光伏陣列的電壓抬升至600～750V，另外，目前已商用的光伏電池板的*大系統(tǒng)電壓*高也只為1500V。因此，應(yīng)用于光伏發(fā)電系統(tǒng)的MV DC/DC變換器的輸入電壓一般在600～1500V。隨著光伏發(fā)電裝機容量的不斷增長，光伏陣列單元的容量已經(jīng)達到500kW甚至1MW，所以，為了提高匯流能力，MVDC匯集方案的直流匯流母線電壓一般在幾十千伏，如國家電網(wǎng)有限公司在新能源與儲能運行控制國家重點實驗室張北試驗基地建設(shè)的光伏發(fā)電中壓直流匯集示范工程中采用±35kV的母線電壓，單個MV DC/DC變換器的功率為500kW。文獻[16]給出了集中式*大功率點跟蹤(maximum power point tracking，MPPT)型和分布式MPPT型兩類光伏發(fā)電的MVDC匯集方案，如圖1.4所示，其中的MV DC/DC變換器參數(shù)分別為(600～750V)/16kV/800kW和1300V/16kV/1.6MW。集中式MPPT型中的MV DC/DC變換器需要具備MPPT功能，其輸入端直接與光伏陣列連接，而由于光伏發(fā)電的間歇性、波動性和隨機性，其輸入電壓存在較大的波動范圍。 綜上所述，考慮到陸上風(fēng)電場中的主流風(fēng)機容量為1.5MW左右，因此，適用于風(fēng)電MVDC匯集系統(tǒng)的MV DC/DC變換器的額定傳輸功率應(yīng)不小于1.5MW，輸入和輸出電壓區(qū)間則分別為1～6kV和30～60kV。對于光伏發(fā)電而言，適用于光伏發(fā)電MVDC匯集系統(tǒng)的MV DC/DC變換器的輸出電壓應(yīng)在15～35kV，額定傳輸功率應(yīng)不低于500kW。可將適用于新能源發(fā)電MVDC匯集的MV DC/DC變換器端口電壓和功率區(qū)間匯總為表1.1。 1.3 非隔離型MV DC/DC變換器 常見DC/DC變換器的基本拓撲按輸入輸出是否具有電氣隔離功能，可分為非隔離型和隔離型兩類。*基本的非隔離型DC/DC變換器有Buck、Boost、Buck/Boost、Cuk變換器等，隔離型DC/DC變換器有反激、正激、推挽、半橋、全橋變換器等。
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