SiC单相光伏逆变器效率分析

【摘要】：SiC功率器件优异的性能引起了广泛关注,在光伏发电中应用研究也是当前的热点。对单相光伏逆变的主要结构以及常用的单相逆变器结构进行了综述,逆变器是光伏逆变器系统的核心环节,本文将SiC MOSFET应用于光伏逆变器中,研究SiC MOSFET对于逆变器效率提升的影响。 SiC MOSFET的特性与传统的Si MOSFET有很大的差别,而且常用于高速开关的场合,易出现误触发现象。根据SiC MOSFET的特性以及应用特点,在电路结构、电阻设计、驱动电压、可靠性设计等方面进行综合考虑,设计了SiC MOSFET驱动电路。 SiC MOSFET体二极管反向恢复特性优异,能够直接应用于全桥硬开关逆变器中,为了提升逆变器的功率密度,将SiC MOSFET全桥逆变器的开关频率提高至100kHz,对逆变器的主要参数进行了设计。器件工作于硬开关状态,根据电路的工作状态,进行了逆变器布局优化,以减小关键回路上的杂散电感；并分析了逆变器的效率,与基于Si MOSFET的20kHz H6逆变器进行了效率对比；同时将SiC MOSFET全桥逆变器的工作频率降低至20kHz,并进行了效率分析。最后搭建了实验平台,测试了相应的效率曲线,并进行了对比。 对100kHz的SiC MOSFET全桥逆变器的损耗进行了研究分析,找出影响其效率的主要因素。为了进一步提高逆变器的效率,根据逆变器的工作状态,在逆变器中采用了ZVS软开关技术。首先对软开关电路的工作过程进行了阐述,并进行了相关参数的设计；其次,根据电路的工作状态,对软开关逆变器的效率进行了分析,并与硬开关全桥逆变器的效率进行了对比。搭建了SiC MOSFET软开关逆变器实验平台,观察逆变器的工作波形,与理论分析进行对比,验证该软开关技术的合理性；测试逆变器的效率,在不同的功率下调整软开关的相关参数,使逆变器的效率最大化,并将软开关逆变器的实验效率曲线与硬开关的效率曲线进行对比。 【关键词】：SiC MOSFET 光伏逆变器 效率 软开关 损耗
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-9
• 目录9-11
• 1. 绪论11-19
• 1.1. 光伏发电的背景与意义11-12
• 1.2. 单相光伏逆变器12-16
• 1.2.1. 单相光伏逆变器结构12-14
• 1.2.2. 单相逆变器拓扑14-16
• 1.3. SIC器件特性概述16-17
• 1.4. SIC逆变器研究情况17-18
• 1.5. 本文的主要工作18-19
• 2. SIC MOSFET驱动设计19-33
• 2.1. SIC MOSFET驱动设计要点19-23
• 2.1.1. SiCMOSFET特性19-22
• 2.1.2. MOSFET误触发现象22-23
• 2.2. SIC MOSFET驱动设计23-26
• 2.2.1. 结构设计23
• 2.2.2. 驱动电阻设计23-24
• 2.2.3. 驱动电压设计24
• 2.2.4. 可靠性设计24-26
• 2.3. 驱动电路实验26-32
• 2.3.1. 驱动原理电路26-27
• 2.3.2. 驱动电路布局27
• 2.3.3. 驱动测试27-32
• 2.4. 小结32-33
• 3. SIC MOSFET硬开关全桥逆变器33-56
• 3.1. 硬开关全桥逆变器33-37
• 3.1.1. 单相全桥逆变器33-34
• 3.1.2. 调制方式34-37
• 3.1.3. 硬开关全桥逆变器主要参数37
• 3.2. SIC MOSFET硬开关全桥逆变器损耗分析37-45
• 3.2.1. 体二极管损耗38
• 3.2.2. MOSFET损耗38-40
• 3.2.3. 输出滤波电感损耗40
• 3.2.4. 提耗分析40-42
• 3.2.5. 20kHz SiC MOSFET 全桥逆变器42-43
• 3.2.6. 20kHz Si器件 H6逆变器43-45
• 3.3. 主电路布局优化设计45-47
• 3.3.1. 优化目标45-46
• 3.3.2. 换流回路分析46
• 3.3.3. 电路优化布局46-47
• 3.4. 逆变器实验47-55
• 3.4.1. SiC MOSFET和Si MOSFET对比48-50
• 3.4.2. SiC逆变器电阻负载试验50-52
• 3.4.3. SiC逆变器并网实验52-55
• 3.5. 小结55-56
• 4. SIC MOSFET软开关逆变器56-71
• 4.1. 硬开关全桥逆变器的不足56-57
• 4.2. ZVS逆变电路57-61
• 4.2.1. 工作过程57-61
• 4.3. ZVS逆变器损耗分析61-65
• 4.3.1. 参数设计61-62
• 4.3.2. 损耗分析62-65
• 4.4. ZVS逆变器实验65-70
• 4.4.1 驱动信号65-66
• 4.4.2. 电阻负载实验66-70
• 4.5. 小结70-71
• 5. 总结与展望71-72
• 附录一 装置实物照片72-73
• 附录二 H6逆变器损耗模型73-74
• 附录三 软开关逆变器辅助支路参数设计74-75
• 参考文献75-78
• 攻读硕士学位期间发表和录用的论文78-79
• 致谢79

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

我国电力电子与电力传动面临的挑战与机遇    钱照明,张军明,吕征宇,彭方正,汪槱生

SiC MOSFET驱动电路及实验分析    张旭;陈敏;徐德鸿;

能量回馈式主动悬挂系统研究    梁经芝;邵春鸣;

永磁同步电机控制系统的电流滞环与电压空间矢量控制的仿真    徐大利;叶安丽;马鸿雁;

基于导抗变换的DC/DC变换器的研究    王敏利;汤天浩;陈昆明;祝国平;

大容量电力电子应用系统及其关键问题综述    赵争鸣;邹高域;

高压直挂式无功和谐波综合补偿器控制策略研究    罗仁俊;张定华;王卫安;黄超;黄燕艳;曹洋;刘华东;唐建宇;

“建”言能源 大功率变频技术现状及发展趋势(下)    李建林;

现代大功率变频器拓扑结构最新进展分析    李建林;

对三电平整流器主电路建模的研究    王莹;

电力电子技术及电力系统谐波治理    吴任国;

对桥式可控整流电路中半控、全控概念的探讨    龚敬杰;

现代电力电子器件和PWM控制技术    庄留杰;

变压器隔离型DSTATCOM在不平衡系统中的应用    杨晓萍;冯帆;段先锋;

一种并网型电压源变流器拓扑和控制策略    孙翠芬;赵艳雷;徐丙垠;孙磊;

基于环流前馈补偿的多变流器并联环流控制策略    吕敬;张建文;蔡旭;

浅谈列车智能化通信网络技术    姜航;

交流伺服系统自调整技术研究    覃海涛

单周期临界导通PFC转换器控制模式及关键技术研究    李娅妮

异步电动机高频斩波串级调速系统模型及特性的研究    张军伟

多变换器模块串并联组合系统研究    陈武

低压配电网有源电力滤波器关键技术研究    于晶荣

无传感器内嵌式永磁同步电机转子磁极位置检测技术研究    刘家曦

面向机车牵引的感应电机传动技术研究    王瑞

矩阵变换器的空间矢量调制、系统集成及应用研究    王勇

基于基波磁通补偿的串联混合型有源滤波器研究    李达义

多电平六相同步电机变频调速全数字控制技术研究    姚文熙

电流型Z源逆变器主电路控制策略研究    翟清震

基于DSP转台伺服控制系统的设计    吴天柱

三相大功率PWM整流器系统的研究    张晓峻

电力电子装置故障诊断技术研究    从静

多模块并联DC/AC电力变换技术研究    吕世家

多模块并联DC/DC电力变换技术研究    马威

基于直接转矩控制的永磁同步电机伺服系统研究    于中伟

三相AC/DC功率因数校正技术的研究    邓长吉

海洋潮流能发电系统的并网型逆变器设计研究    刘强

基于矢量控制的PWM整流器研究    景小萍

MOSFET隔离型高速驱动电路    纪圣儒;朱志明;周雪珍;王琳化;

一种E类逆变器及其IGBT串联均压问题的研究    王洋;刘平;曾波;

Ni-P-SiC化学复合镀    李义和,傅圣利,王本根,王清华

液相烧结SiC陶瓷的微观结构    武安华,曹文斌,李江涛,葛昌纯

SiC纳米粉体的高能球磨制备方法    程秀,揭晓华,蔡莲淑,谢光荣

改性SiC粉制备高固相含量SiC/炭黑料浆的研究    吉晓莉,郭兵健,武七德,鄢永高,李美娟

SiC材料氧化行为研究进展    周秋生,李小斌,熊翔,刘业翔

基于倍频调制的单相全桥逆变器仿真实验研究    李正中;范振军;

Sic─莫来石质窑具的研制    赵雷康,宋京红,吕明

新型碳化硅先驱体的制备及其性能研究    邢素丽,王军,曾竟成,肖加余

预氧化在SiC基陶瓷材料烧结中的作用    朱玉梅,靳正国

多电平直流环节逆变器宽调制度均衡控制策略研究    陈金平;贺昱曜;茹锋;林继鹏;吴婷婷;

SiC的粒度和含量对Al基复合材料性能的影响    陶亦亦;

β-SiC纳米线增韧58s活性生物玻璃陶瓷的研究    谢伟丽;刘鑫;

具有Y型连接对称SiC双纳米线的形成机理    伍翠兰;廖小舟;陈江华;

凸台形包覆燃料颗粒SiC层破损率的理论计算及分析    杨林;刘兵;邵友林;梁彤祥;唐春和;

复层结构SiC基陶瓷材料内加热技术在热浸镀行业的应用    杨万利;金志浩;乔冠军;

温度和支撑方式对1.2米SiC主镜面形的影响分析    王富国;

表面势差调制的肽氰分子在6H-SiC(0001)表面外延少层石墨烯上的逐层吸附    高雅博;张艳锋;任俊;李灯华;高腾;孟胜;杨延莲;王琛;刘忠范;

空间遥感器中大口径SiC主镜的轻量化设计与优化    董吉洪;李延春;王海萍;

改性纳米SiC粉体对铸造13-4不锈钢耐磨性能的影响    杨军;陈美玲;高宏;刘俊航;

SICA:在产业中“纵横”    本报记者 穆强

SIC北欧之声：音响业正在升起的明星    本报记者 陈德钦 实习记者 一木

南昌移动实施“SICS”计划见成效    记者 卢洁葵 杜大健

SIC逐鹿音响市场    陈路 一木

向炳伟打造伟志百年品牌    本报记者 赵敏

步入后硅材料时代    

金蝶：变化中打出“看吧”与“中间件”    本报记者 曹开彬

美国市场普药生产将高速增长    Amy Tsao Wang Johson译

家庭轿车钱途在哪    众益

我国窑具工业的现状与创新课题    郭海珠

太阳能交流模块逆变器及其控制技术的研究    谭光慧

电压型逆变器分布式控制并联关键技术研究    亓迎川

多电平直流环节逆变器新型拓扑与调制方法研究    陈金平

光伏并网发电系统若干关键技术的研究    陈宗祥

储能型Quasi-Z源级联多电平光伏逆变器研究    孙东森

非故意掺杂4H-SiC本征缺陷及退火特性研究    程萍

金属/SiC界面势反演和应用    赵寒月

2m级地基望远镜SiC主镜轻量化设计及支撑技术研究    范磊

SiC 热裂解外延石墨烯的可控制备及性能研究    郝昕

城轨列车辅助供电系统高品质波形控制及无互联线并联关键技术研究    陈杰

SiC单相光伏逆变器效率分析    胡光铖

微网逆变器的下垂控制策略研究    张中锋

多孔阳极氧化铝模板的制备、性质和沉积其模板上的低维SiC材料的研究    潘国辉

掺N的4H-SiC第一性原理研究    张智

4H-SiC外延材料缺陷的检测与分析    盖庆丰

新型SiC光导开关特性研究    刘强

SiC晶片加工工艺及其对晶片表面的损伤    赵树峰

原位合成莫来石晶须结合SiC泡沫陶瓷的制备    徐飞

离心铸造SiC颗粒增强铝基复合材料活塞成形及组织性能研究    刘光辉

SiC薄膜及其缓冲层的制备与性能研究    范文宾