基于堆叠滤波结构的高电压比低纹波隔离型DC-DC制氢变换器.pdfVIP

2024年9月电工技术学报9No.18

Vo1.39

第39卷第18期TRANSACTIONSOFCHINAELECTROTECHNICALSOCIETYSep.2024

D0I:10.19595/ki.1000-6753.tces.231074

基于堆叠滤波结构的高电压比低纹波隔离型

DC-DC制氢变换器

张理3

刘海军1,2张乔根1韩民晓3

710049

（1.西安交通大学电气工程学院西安

2.先进输电技术全国重点试验室（国网智能电网研究院有限公司）北京102209

3.华北电力大学电气与电子工程学院北京102206）

摘要氢能是未来新能源电力系统中一种重要的储能方式，DC-DC制氢变换器则是连接新能

源系统直流母线和电解槽的关键设备。在制氢这种大电流应用场景中，现有的大电流DC-DC变

换器拓扑通常难以兼顾高效率、高电压转换比和低输出电流纹波等指标要求。为此该文提出一种

基于堆叠滤波结构的DC-DC制氢变换器，该堆叠滤波结构是简单的软开关电路，具有低功耗特

点，可并联于变换器输出侧有源补偿输出电流纹波，使得纹波消除不再依赖繁重的无源滤波器和

高开关频率，从而提升变换器效率。此外，提出一种半波导通控制方式，该控制作用于变压器二

次侧的两相交错Buck电路，可有效提高变换器的电压转换比。分别对提出的制氢变换器的拓扑

原理、控制方式、参数选取和性能进行了详细的理论分析，最后通过PSIM仿真和240W/20A的

实验样机对DC-DC制氢变换器进行了验证。

关键词：制氢变换器堆叠滤波结构隔离型DC-DC低输出电流纹波

皮高电压转换比

中图分类号：TM46

0引言

“双碳”目标的提出推进了我国的能源转型，直流母线

加速了对新能源的开发利用。然而，新能源装机容

H2存储

制氢

量的不断提升导致弃风弃光现象时有发生，使电网变换器

的供电稳定性受到一定威胁[]。氢能作为一种高效

清洁能源，是未来理想的储能方式之一[2]，可用于负载

新能源的消纳，提高电网的供电稳定性[3]。因此利电解槽燃料电池

用新能源制氢受到了越来越多的关注[4-7]。图1新能源制氢系统

在新能源制氢系统中，制氢变换器为电解槽提Fig.Renewableenergyhydrogenproductionsystems

供低压大电流的直流供电[8-9]，如图1所示。由于制制氢变换器是一种大电流变换器，拓扑类型主

氢变换器的输出电流纹波会不断冲击电解槽内部，要可分为非隔离型和隔离型。非隔离型变换器中，

造成电解槽寿命缩短和制氢效率降低[10-1]。因此在交错并联类型的Buck变换器较适用于制氢场景[13]。

制氢应用中，制氢变换器的设计要求通常包括低电该类变换器采用交错并联技术，不仅可以提升输出

流纹波、低成本、高效率和高电压转换比等[12]。电流能力，还具有一定的故障容错性，但输出电流