用于可再生能源并网发电的新型高增益变流器拓扑形成规律研究

针对太阳能、燃料电池等可再生能源装置输出电压低、而并网逆变器所需母线电压高的特点，本项目提出了电压增益拓展单元概念，采用三绕组耦合电感加开关电容交错式结构来拓展变流器电压增益、避免极限占空比工作状态、降低开关管电压应力、实现系统功率扩容和自动均流；并辅以简单电路，可实现开关管软开关动作，解决传统Boost变流器在高增益变换场合存在的窄关断脉冲、高电压应力、大峰值电流和高损耗等问题。项目还研究高增益变流器拓扑形成规律和演绎方法，以找出隔离型和非隔离型变流器之间的内在关联，并总结一般隔离型与非隔离型变流器之间相互转换的普适性原理，从方法论上实现隔离型与非隔离型变流器的统一。本项目的开展，将极大加速可再生能源的推广和应用；为通信、计算机和照明等电源产业中相关问题的解决提供可参考的理论和技术基础；为国家节能减排目标的实现做出重要贡献；同时，也为新型变流器拓扑的形成提供新思路和新方法。

本青年科学基金项目的研究目标是采用电压增益拓展单元概念实现一系列隔离型和非隔离型高增益高效率DC/DC变流器拓扑族，以解决传统Boost变流器在高增益变换场合存在的极限占空比、开关管电压应力高、峰值电流大以及开关损耗和导通损耗大等问题，满足可再生能源并网发电应用的苛刻要求；并研究隔离型和非隔离型高增益变流器电路之间的内在关联，从理论上推导和演绎高增益变流器拓扑的形成方法，进而总结一般隔离型变流器与相应非隔离型变流器之间的相互转换关系，为新型变流器拓扑的形成提供新思路。.本青年科学基金项目的研究内容主要包括如下三个方面：1: 在隔离型高增益变流器方面，研究从交错并联Flyback变流器推导出高增益交错并联Boost型变流器的方法，并研究其软开关原理，以适用于低压输入、高压输出的隔离变换场合。2: 在非隔离型高增益变流器方面，研究在传统Boost变流器基础上演绎具有多维增益控制的大升压比变流器拓扑族形成方法，并研究其软开关实现原理。3: 从隔离型变压器与自耦升压变压器的内在关系出发，对隔离型与非隔离型高增益高效率交错并联Boost变流器进行深入分析，以实现隔离型和非隔离型变流器之间的相互转换。.在青年科学基金资助下，经过三年来的持续努力和高效研究，本课题组已完全按计划完成了所有的研究内容，实现了项目申请时拟定的预期目标。本项目有效地解决了用于新能源发电的高增益高效率DC/DC电路拓扑中若干关键挑战性难题。该项目已资助发表SCI/EI论文34篇， 国际期刊SCI论文16篇，电力电子学科国际权威期刊(IEEE Power Electron.)SCI论文10篇，申请发明专利9件，取得了良好的学术成果。鉴于项目取得的系列成果，申请人应邀在电气工程国际权威期刊(IEEE Ind. Electron.)上发表了用于光伏发电的高增益交错并联直流变换的综述论文。项目研究成果是浙江省科学技术成果一等奖的主要创新点之一。经此项目培养，申请人应邀担任重要国际会议的Track Chair和分会主席，获浙江省青少年英才(青年组)一等奖、台达教育与环境基金会“中达青年学者奖”、 入选浙江省151人才工程培养计划和受聘为浙江大学“求是青年学者”。在此项目基础上，申请人也获得了国家自然科学基金的“青年-面上连续资助”项目“新一代高性能直流型光伏集成发电模块系统研究”(批准号：51277195)。