面向农村电气化应用的无桥改进型多输入单输出变换器：集成太阳能光伏与燃料电池系统的设计与实验验证

《Scientific Reports》：Performance analysis of a multi-input converter for renewable energy integration in rural electrification

　　

摘要

混合可再生能源系统对高效电源管理需求的日益增长，凸显了传统多端口变换器的局限性，这些变换器往往涉及复杂的电路结构、大量元件、较大的功率损耗以及热效率低下等问题。为克服这些挑战，本文提出了一种面向农村电气化应用的新型无桥改进型多输入单输出（MIMO）变换器，该变换器专门针对集成太阳能光伏（PV）和燃料电池能源系统的场景而设计。所提出的变换器具有简化的架构和较少的元件数量，从而降低了开关损耗和导通损耗，提高了功率密度，并改善了热性能。其双输入能力可从太阳能和燃料电池源同时采集能量，从而提高了混合系统的可靠性和运行灵活性。该拓扑结构的一个关键优势在于，它能够最大限度地降低元件上的电压和电流应力，从而延长系统整体寿命并提高效率。太阳能光伏输入采用扰动观察法（Perturb and Observe）算法来实现最大功率点跟踪（MPPT），确保在输入条件波动时实现最佳能量提取并保持稳定的功率输出。本文建立了完整的数学模型，并对运行模式进行了详细分析，以支持元件选择和性能优化。通过1千瓦硬件原型的实验测试验证了所提设计的有效性，结果证实了该变换器具有高效率和低损耗等特点，并具有良好的实际应用价值。总体而言，所提出的无桥改进型MIMO变换器为混合可再生能源应用提供了一种紧凑、高效且实用的解决方案，在性能方面具有显著提升。