自磁复位正激变换器拓扑族拓展的理论与方法研究

正激式变换器是一类十分重要的电力电子变换器，以其可靠性高和变换效率高等优点而获得广泛应用,其中自磁复位式正激变换器无损磁复位、电压应力较低、可变可组合性强，尤其适于大功率变换，但其拓扑理论、尤其是拓扑的拓展派生理论尚缺乏系统性、统一方法的研究。本申请项目系统研究基于基本拓扑单元的一族自磁复位正激变换器拓扑的拓展理论与方法，包括：1)分析揭示拓扑内在规律和联系，研究提出自磁复位基本正激单元的构造方法；2)分析由基本单元生成正激变换器拓扑的原理和方法，并发现拓扑筛选和优化改进准则，形成系统理论；3)发明一族自磁复位正激式直流变换器，并结合实验获得优化的实例拓扑；4)将上述理论推广应用于发现新能源发电系统中新兴的三端口变换器拓扑族。.研究成果将为高可靠性、高效率和标准化的大功率电力电子变换器拓扑以及电力电子集成的研究提供理论和方法参考。

正激式变换器是一类十分重要的电力电子变换器，以其可靠性高和变换效率高等优点而获得广泛应用,其中自磁复位式正激变换器无损磁复位、电压应力较低、可变可组合性强，尤其适于大功率变换，但其拓扑理论、尤其是拓扑的拓展派生理论尚缺乏系统性、统一方法的研究。本项目分析揭示了正激式变换器拓扑族内在规律和联系，抓住激磁-复位这一基本特征和过程，系统地研究了基于基本拓扑单元的一族自磁复位正激变换器拓扑的拓展理论与方法。1）提出了自磁复位基本正激单元，包括正单元、负单元和复合单元，提出了基于这些基本单元构造正激变换器拓扑的原则、方法过程和约束条件，拓扑筛选准则和优化改方法，形成系统理论，并给出了大量拓扑实例，发明了一族自磁复位正激式直流变换器；2）发现了激磁-复位过程与输入电压范围的相互制约关系，提出了宽输入电压范围正激变换器基本单元的一般表达形式，以及辅助复位电压元的具体实现方式，包括输入型、输出型、能耗型和输入回馈型等，提出了基于这些基本单元构造宽输入电压范围正激变换器拓扑的原则、方法过程和约束条件，拓扑筛选准则和优化改方法，发明了一系列宽输入电压范围正激变换器拓扑族，包括RCD复位正激变换器拓扑族、有源钳位正激变换器拓扑族、LCDD复位正激变换器拓扑族等；3）将基本正激单元及其研究方法拓展应用于反激变换器研究，推导出RCD复位反激变换器、有源钳位正激变换器等，并提出一族新型宽输入电压范围反激变换器拓扑；4）将上述方法推广于三端口变换器探索性研究，发现了三端口变换器与两端口变换器拓扑族的联系，形成了三端口变换器的研究思路。.对于发明的典型拓扑进行了大量深入的实验研究，验证了理论方法和分析的正确性，以及所提出拓扑的可用性；并完成了正激变换器在航天器中的应用研究，研制了产品样机，开发了分析计算工具。.项目圆满并超额完成了计划内容，取得了高于预期的研究成果。发表研究论文21篇（其中SCI源刊6）、形成中国发明专利6项，研究成果为高可靠性、高效率和标准化的大功率电力电子变换器拓扑以及电力电子集成的研究提供了理论和方法参考。本项目过程中还培养博士研究生2人、硕士研究生3人；在本项目研究的基础上，获得了新的国家自然科学基金资助“三端口直流变换器拓扑理论及应用关键技术研究”。