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摘要
作为当今主要的电化学储能元件之一,超级电容因其功率密度高、工作条件限制少等优点具有广阔的发展前景。为了更好地发挥超级电容的优越特性、降低系统的成本,本工作提出一种适用于超级电容储能的集成三端口变换器。超级电容储能端口通过双向Cuk变换器与输入端口连接,既能满足超级电容宽电压工作特性带来的升降压要求,还能获得连续、纹波小的端口电流。另一方面,超级电容和输入端口均通过boost-半桥变换器与输出端口连接,并与双向Cuk变换器实现深度的元件复用,因此所需元件少、成本低。根据输入端口和输出端口之间的功率关系,所提出的集成三端口变换器共有四种不同的工作模态。在不同模态下,变换器的工作原理基本相似,仅端口电流的大小和方向将发生改变,具有良好的一致性。本文以输入端口同时向超级电容储能端口和输出端口传递能量的模态为例,详细分析了变换器的工作原理,并进一步推导出了三个端口之间的电压增益、元件的电压电流应力。最后,通过搭建仿真模型,验证了变换器工作在四种模态下的有效性。本研究有助于推动集成三端口变换器在超级电容储能系统中的应用,继而助力超级电容储能的进一步推广应用。
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单位宁波中车新能源科技有限公司; 宁波市江北九方和荣电气有限公司; 宁波大学
