转载自：中国科学院电工研究所（科研动态） | 发布时间：2026-07-07 | 原文标题：海上风电机组直流变换技术研究取得重要进展
研究背景
海上风电直流汇集系统具有电缆损耗更低、变换级数更少、控制策略更简洁等优势，已成为大规模海上风电场电力汇集的重要技术方向。该系统核心装备为大功率、高升压比直流—直流（DC-DC）变换器，主要功能是将风电机组输出的低压直流电升压至中压等级，满足场站汇集与送出要求。其中，串联谐振型变换器因易于实现电气隔离与软开关、兼具高功率密度优势，是 DC-DC 变换器的理想选择。
然而在功率等级扩展至数百千瓦的大功率应用场景下，传统谐振变换器出现了多重技术瓶颈：功率器件损耗呈现非线性分化特征，导致整机效率随功率波动大幅度变化；单一固定调频控制模式无法适配全功率区间的损耗优化需求；磁化电感与频率／占空比缺乏兼顾效率与软开关的量化设计边界，严重制约了大功率谐振变换器在实际场景中的应用。
技术突破
近日，电工研究所可再生能源发电系统研究部在大功率谐振型直流变换器高效转换技术领域取得突破性进展。研究团队聚焦海上风电机组直流汇集的实际场景需求，针对有源中性点钳位（ANPC）三电平 LLC 谐振型 DC-DC 变换器：
- 构建了全域非线性损耗解析模型，并精确量化功率半导体模组、高频变压器及高压整流电路的损耗分布；
- 揭示了磁性元件损耗占比呈”Check-mark”凸函数形态的分布规律；
- 在此基础上创新提出”损耗重构策略”，通过变频—调宽混合模态调制方式，在不同功率区间主动改变控制变量的调节方向，使系统在任何给定功率下均能使主导损耗成分处于被抑制状态，从而实现整体效率的最大化。
样机验证结果
团队成功研制出 500kW／5kV／5kHz ANPC-LLC 原理样机并完成实验验证。相较于传统固定占空比脉冲频率调制（PFM）控制方案，在所提损耗重构策略下，直流变换器峰值效率达 98.1%，并且转换效率 97.8% 以上的高效工作区间拓宽 30% 以上，有效解决了大功率、宽范围高效转换的行业难题。
工程价值与拓展方向
该项研究成果对海上风电中压直流集电系统具有直接工程价值：海上风电机组采用大功率模块化直流变换结构，可有效减少设备模块数量、压缩变换器整体体积，精简直流集电系统电能变换环节，全面提升系统的运行效率、安全性与稳定性。同时，该研究成果也可拓展应用于大规模光伏发电场、大功率储能系统、分布式发电与直流配电网、算力中心固态变压器等新能源与电力电子核心重要场景。
相关成果于 6 月 26 日在线发表于《IEEE 电力电子汇刊》（IEEE Transactions on Power Electronics）。此次研究工作得到国家重点研发计划”绿色电力未来”使命合作项目（2023YFE0103100）资助。
编者按
三电平拓扑、软开关与损耗重构，这些正是大功率变频／变流设备共用的技术底座。矿山大功率传动（磨机、提升机、主扇）同样面对”宽功率区间保持高效率”的难题——设备长期运行在中低负载区间，若控制策略只按额定点优化，实际能耗会明显偏高。这类拓扑与调制层面的研究进展，值得矿山电气与设备管理人员持续关注。
版权说明：本文为行业资讯摘编，内容摘编自上述来源，版权归原作者及原发布机构所有，仅供行业交流参考，不代表本站观点。如涉及版权问题，请联系本站处理。
