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直流微电网中用于太阳能光伏和储能的统一电源转换器
摘要：本文讨论了用于直流微电网的统一功率转换器的开发和实验验证，考虑纳入太阳能光伏 (PV) 板和储能系统 (ESS)，即电池。考虑到当前电网结构所带来的局限性，主要体现在新兴技术（ESS、可再生能源、电动汽车和原生直流运行的电器）的强调整合，采用新的拓扑、架构和范例极为重要。特别是，分散式电力系统、统一拓扑和相应的控制算法代表了减少功率转换器数量的新趋势。因此，开发的解决方案旨在以 3.6 kW 的标称功率、100 kHz 的开关频率和四种与功率流有关的运行模式运行 SAVE-15te：(i) 太阳能光伏板到电池 (PV2B)；(ii) 太阳能光伏板到直流电网 (PV2G)； (iii) 电池到直流电网 (B2G)；(iv) 直流电网到电池 (G2B)。此外，双有源桥式转换器保证了电流隔离，而两个后端直流-直流转换器负责连接太阳能光伏板和电池。提出的统一功率转换器的实验验证证明了其对自用生产单位的应用价值。
使用电子电力转换器进行能量转换
如今，能源转换在可持续增长和发展中发挥着至关重要的作用。过去，能源转换主要通过基于旋转机械的机电转换器实现。近年来，能源转换过程则由多种电力电子电路完成 [1]。电力电子转换器是一种开关电路结构，用于实现高效的能源转换系统，可用于各种应用，例如可再生能源转换、智能电网布置、能源存储管理和可持续运输。电力电子转换器系统由多种开关拓扑组成，每种拓扑都与特定应用相关。人们不断研究电力电子电路解决方案，以改进现有的转换器拓扑或创建新的拓扑。此外，电力电子设备和无源元件技术的进步导致转换器的品质不断发展，例如高效率、高增益、高功率密度和快速瞬态响应。用肉体的比喻来说，肌肉由拓扑结构表示，而电力转换器的大脑功能则通过越来越多的控制技术来实现。先进的拓扑和控制方法对于满足现代应用日益严峻的需求必不可少。因此，需要研究先进的设计标准、使用创新技术和改进的调节技术，以实现更高效、紧凑、经济高效和可持续的能源转换系统的目标 [ 2 ]。在功率转换器应用于能源转换的领域，多篇文章促进了科学界知识的增长，这些科学界参与了出版物并使用 Energies 来交流和建立这一战略技术发展领域的知识和技能。在本社论中，我们选择了各种文章来传播科学界阅读和引用最多的技术科学贡献，无论是属于 Energies 杂志还是其他出版物。在选择重要文章时考虑的时间范围是 2020 年至 2022 年。下一节根据主要主题对所考虑的论文贡献进行了分类。此外，还总结了每篇文章的具体重点和价值。
模拟SES
目前，全球范围内间歇性可再生能源不断增加地接入电网，这带来了技术挑战。固定式储能系统提供了一种经济高效的解决方案，以促进可再生能源的日益普及。储能系统的主要技术和经济挑战与寿命、效率和经济回报有关。在投资储能系统之前，需要整体模拟工具来应对这些挑战。这些工具之一是 SimSES，这是一个整体模拟框架，专门用于从技术和经济角度评估储能技术。SimSES 采用模块化方法，涵盖了储能应用中嵌入的各种拓扑、系统组件和存储技术。本文通过提供对实现和模型的深入了解，展示了 SimSES 的功能和优势。文中演示了选定的功能，并通过两个用例展示了易于使用的模拟框架，同时为专家用户提供了详细的技术分析。在调峰应用中研究了由锂离子和氧化还原液流电池组成的混合储能系统，而在频率控制储备应用中分析了各种系统拓扑。调峰案例研究的结果表明，在使用寿命期间能量吞吐量相对较低的应用中，混合系统在总体成本和性能下降方面具有优势。在系统拓扑方面，级联转换器方法在频率遏制储备应用中显示出显著的效率改进。
科学研究与工程趋势杂志
I. 引言 电力电子逆变器在各种工业驱动应用中越来越受欢迎。从技术角度来看，使用电子功率转换器引入了新的挑战性问题，例如拓扑复杂性、额外的功率损耗和电磁干扰 (EMI)，从而降低了系统的整体服务质量、效率和稳定性。为了克服这些缺点，研究人员提出了新的控制拓扑或修改现有的拓扑，以提高逆变器端子的可用能量。其中，正弦脉冲宽度调制 (SPWM) 级联多级替代了当前的逆变器拓扑。级联功率设备，从而克服了它们的电压限制并减少了谐波。MLC 拓扑主要有三种：中性点钳位、级联 H 桥和飞跨电容器 (FC)。通常，需要串联连接四到十二个逆变器才能达到所需的输出电压。MLI 设计的一个主要问题是其控制的复杂性。在过去的十五年里，模糊逻辑 (FL) 被成功采用。它主要用于逆变器控制和调制技术，主要用于直流/交流转换器领域。级联功率器件，从而克服了它们的电压限制并降低了谐波。本文提出了基于模糊的级联多电平逆变器，以实现低谐波失真、降低功率损耗、成本效益高、波形清晰以及电压稳定性。使用 MATLAB/SIMULINK 对所提出的方法进行了仿真。
RF微电子
RF简介：RF范围，皮肤效应，行为和等效电路，如R，L，C，高RF。传输线理论，反射系数，史密斯图计算，阻抗匹配，S-参数。（L-7＆T-2）RF设计中的基本概念：RF DC设计。六边形无线通信标准，非线性，谐波，增益压缩，脱敏，交叉调制，间调制失真（IMD），输入截距（IIP3＆iip3＆iip2），符号间干扰。噪声，主动设备的噪声分析。（L-8＆T-2）RF系统中的基本块及其VLSI实施：RF的MOSFET行为，晶体管和香料模型的建模，HEMT和MESFET等高速设备，BICMOS技术，BICMOS技术，在高频及其单声道实现的寄生元素及其单层实现者的集成寄生元素，低噪声效果和低噪声器设计。（L-10和T-4）振荡器：基本VCO拓扑，相位噪声，噪音功率权衡。谐振器较少的VCO设计，GHz频率混合器设计和问题，射频综合：PLL，各种RF合成器体系结构和频率分隔线。（L-9＆T-3）反式接收器体系结构：TRF接收器，杂化接收器，同伴接收器，不同的接收器拓扑，RF接收器体系结构及其设计问题，集成的RF过滤器，IC应用程序，IC应用程序和案例研究，用于DECT，GSM和蓝牙。（L-8＆T-3）
在配备光伏和电池的住宅建筑中工作
太阳能光伏 (PV) 产生的能量以直流电 (DC) 的形式产生，如今住宅建筑、家用电器和 HVAC 系统 (暖通空调) 中的几乎所有电气负载都采用直流电运行。对于传统的交流 (AC) 配电系统，这需要在最终用户阶段之前进行多个转换步骤。通过将配电系统切换到直流，可以避免交流到直流之间的转换步骤，从而减少损耗。包括电池存储 - 系统的损耗可以进一步减少，并且产生的光伏能量可以得到更好的利用。本论文研究并量化了在住宅建筑中使用直流配电拓扑以及太阳能光伏和电池存储的分布式能源发电时的节能效果。以位于瑞典 Borås 的一栋独户住宅的测量负载和光伏发电数据作为分析案例研究。还使用了基于电力电子转换器和电池实验室测量的详细动态模型，以更准确地反映系统的动态性能。本研究提出了电池损耗的动态表示，该表示基于基于磷酸铁锂 (LFP) 的单个锂离子电池的电阻和电流依赖性的实验室测量。使用来自单户住宅的 PV 和负载数据，与其他两种常用的损耗表示进行了比较研究，并根据整个系统的性能进行了评估。结果表明，在对负载、PV 和电池之间的相互作用进行建模时，详细的电池表示对于正确预测损耗非常重要。还使用电力电子转换器和电池测量的实验结果对四种直流系统拓扑进行了建模，并将其与等效交流拓扑进行比较。准动态建模的结果表明，建议的直流拓扑的年节能潜力在 1.9-5.6% 之间。直流拓扑结构还可以通过减少逆变器和电池转换的相关损耗，将光伏利用率提高 10 个百分点。结果还显示，并网转换器是主要的损耗因素，当使用恒定并网效率时，能源节省被高估。
轻型机器人的系统组件
变速箱和主轴承支架之间的共生关系 如果从头开发铰接臂轴承支架、变速箱和电机，并在设计解决方案中增加自由度，轻型机器人的发展将取得重大飞跃。舍弗勒拥有这里所需的所有专业知识和技术，处于独一无二的地位：滚动轴承专业知识、变速箱设计、齿轮齿设计、新电机拓扑和集成传感器的开发、批量生产应用中的生产技术、涂层方法等。
RapidChiplet：用于快速设计空间探索chiplet体系结构的工具链
提高处理器和加速器的每成本绩效比以往任何时候都变得更具挑战性，导致摩尔定律的减慢[22]。这种慢速下降的原因是过渡到更先进的技术节点[19]时的设计和制造成本，以及由于IO驱动器，模拟电路的缩放限制以及最近的静态随机访问记忆（SRAM）而导致此过渡的重新转换。针对这些挑战的有前途的解决方案是2.5D集成，其中多个称为chiplets的硅死模被整合到同一软件包中。可以将单个芯片设计重复使用以降低每芯片的设计成本的事实。此外，由于2.5D集成允许将不同技术内置的异质芯片集成到同一包装中，因此只有可以充分利用技术扩展的组件才能以高级和昂贵的技术节点制造。达到缩放限制的组件是成熟的低成本技术制造的。由于其经济利益，2.5D整合将其进入行业领先的公司的产品，例如NVIDIA的P100 GPU [17]（仅用于高频带宽度内存（HBM））和AMD的EPYC和Ryzen CPU [23]。2.5D堆叠芯片的设计空间很大。One can decide between different packaging options [ 18 , 21 , 27 , 29 ], chiplet counts and sizes [ 9 ], chiplet placements [ 13 ], die-to-die (D2D) link imple- mentations [ 7 , 24 ] and protocols [ 1 , 3 ], inter-chiplet interconnect (ICI) topologies [ 4 , 14 , 16 , 25 , 26 ], and many more factors.更重要的是，有许多感兴趣的指标，例如面积要求，功耗，热能性能以及芯片的制造成本，或ICI的潜伏期和吞吐量。
关于能源效率的立场文件 – 电力的作用...
- 下一代半导体、先进的器件概念和高温（宽带隙）功率半导体材料（SiC、GaN、金刚石） - 纯硅和/或 SiC 系统设计的新概念 - 允许更高电压和功率的半导体元件 - 用于系统集成和恶劣环境的先进材料（隔离、导热、无源、传感器），包括纳米结构材料和填充聚合物 - 超高功率密度系统和高温电子设备的新型互连技术 - 先进的热管理；高温磁性元件、电容器、传感器、控制 IC - 先进的 EMI 滤波和高水平的无源集成 - 通过标准化可大规模生产的电力电子构件来降低系统成本 - 功能系统集成（减少损耗、成本、重量和尺寸，优化冷却） - 进一步降低待机功率的拓扑结构 - 数字电源转换和智能电源管理 - 照明中智能和简单的调光概念；街道照明的智能控制；高效光源（LED/OLED）及其电力电子驱动器 - 更高集成度，如更紧凑的节能灯 - 机电一体化，如冰箱压缩机、空调和泵 - 低成本直接驱动器，如洗衣机 - 光伏太阳能转换器的新拓扑结构、更高效的光伏太阳能电池 - 分布式能源发电网络中电力电子负载管理 - 零缺陷设计和改进的系统可靠性，包括容错系统 - 多领域/级别建模和仿真；应力分析和内置可靠性
关于能源效率的立场文件 – 电力的作用...
- 下一代半导体、先进设备概念和高温（宽带隙）功率半导体材料（SiC、GaN、金刚石） - 纯 Si 和/或 SiC 系统设计的新概念 - 允许更高电压和功率的半导体元件 - 用于系统集成和恶劣环境的先进材料（隔离、导热性、无源器件、传感器），包括纳米结构材料和填充聚合物 - 超高功率密度系统和高温电子设备的新型互连技术 - 先进的热管理；高温磁性元件、电容器、传感器、控制 IC - 先进的 EMI 滤波和高水平的无源集成 - 通过标准化可大规模生产的电力电子构件来降低系统成本 - 功能系统集成（减少损耗、成本、重量和尺寸，优化冷却） - 进一步降低待机功耗的拓扑结构 - 数字电源转换和智能电源管理 - 照明中的智能和简单调光概念；路灯的智能控制；高效光源（LED/OLED）及其电力电子驱动器 - 更高水平的集成，例如用于更紧凑的节能灯 - 机电一体化，例如用于冰箱压缩机、空调和泵 - 低成本直接驱动器，例如用于洗衣机 - 光伏太阳能转换器的新拓扑结构、更高效的光伏太阳能电池 - 分布式能源发电网络中电力电子的负载管理 - 零缺陷设计和改进的系统可靠性，包括容错系统 - 多域/级别建模和仿真；应力分析和内置可靠性