碳化硅场效应管光伏逆变器的研制

【摘要】：随着全球经济发展，能源短缺现状越来越受到人们关注。太阳能、核能及风能等新能源得到迅速发展，以电力电子技术为基础的逆变器，作为太阳能和风能发电的核心设备，得到广泛应用，因此对逆变器的效率、谐波等性能指标有着越来越高的要求。碳化硅功率MOSFET因其耐高温、高频和高耐压等特性可有效解决功率器件损耗大等问题且可满足逆变器的高频化需求。 采用全桥逆变拓扑结构，对双极性SPWM控制方式进行了详细分析，在此基础上，计算了软件参数且编写了DSP软件程序；使用状态空间平均法对逆变器进行了建模；应用MATLAB软件分析了逆变器的数学模型，绘制出逆变器波特图，并在此基础上进行了串联校正，使逆变器系统相角裕度达到70°、超调量小于20%，满足了控制系统要求；对比分析了硅与碳化硅MOSFET的开关特性及导通电阻随温度变化的趋势，表明碳化硅开关速度快且导通电阻稳定；设计了LC低通滤波器，滤除SPWM高频谐波，输出了标准工频电压。在以上研究的基础上，研制了基于碳化硅MOSFET的3KW逆变器样机，对比分析了碳化硅和硅功率MOSFET在样机输出功率为1KW时的性能。测试结果为，在输出功率相同的情况下，碳化硅MOSFET温度为相比于硅MOSFET的低了，有效提高了整机可靠性，且整机效率从93.4%提高至94.2%。实验结果表明，在相同环境下，碳化硅功率MOSFET更适合在高温下工作，且可以提高逆变器的效率及可靠性。 【关键词】：逆变器 全桥变换器 光伏SiC功率MOSFET 正弦脉宽调制
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第一章 绪论7-15
• 1.1 本课题的背景和意义7-11
• 1.1.1 发展可再生能源的意义7-8
• 1.1.2 国外光伏发电的现状8-9
• 1.1.3 国内光伏发电现状9-10
• 1.1.4 SiC 功率器件的发展及其应用10-11
• 1.2 太阳能光伏发电系统概述11-13
• 1.3 本文主要工作13-15
• 1.3.1 主要研究工作13
• 1.3.2 逆变器的主要参数指标13-15
• 第二章 光伏逆变系统的控制方法15-25
• 2.1 逆变系统总体结构15-16
• 2.2 单相 SPWM 逆变控制方式16-21
• 2.2.1 双极性 SPWM 逆变电路及调压原理17-21
• 2.3 逆变器的建模与控制21-24
• 2.3.1 逆变主电路建模21-23
• 2.3.2 电压瞬时值反馈控制23-24
• 2.4 本章小结24-25
• 第三章 功率 MOSFET 的特性分析25-33
• 3.1 功率 MOSFET 的导通电阻25-26
• 3.1.1 导通电阻R_on的组成25-26
• 3.2 功率 MOSFET 开关过程分析26-30
• 3.2.1 极间电容及开关等效电路26-27
• 3.2.2 L_D =0时开关过程分析27-30
• 3.3 碳化硅（SiC）MOSFET 的性能优势30-32
• 3.4 本章小结32-33
• 第四章 光伏逆变系统硬件及软件设计33-51
• 4.1 主电路器件选择33-35
• 4.1.1 功率 MOSFET 的选择33-34
• 4.1.2 直流侧平波电容的选择34-35
• 4.2 逆变器输出滤波器设计35-39
• 4.3 MOSFET 驱动电路设计39-40
• 4.4 检测电路设计40-42
• 4.4.1 直流电压检测电路40-41
• 4.4.2 交流电压检测电路41-42
• 4.4.3 交流电流检测电路42
• 4.5 系统软件设计42-48
• 4.5.1 主控制程序42-44
• 4.5.2 瞬时值内环参数设计44-45
• 4.5.3 平均值外环设计45-47
• 4.5.4 模拟控制器的离散化47-48
• 4.6 逆变系统的仿真分析48-50
• 4.7 本章小结50-51
• 第五章 样机制作及实验分析51-59
• 5.1 SPWM 驱动信号实验52-53
• 5.2 逆变系统输出实验53-57
• 5.3 本章小结57-59
• 第六章 结束语59-61
• 致谢61-63
• 参考文献63-67
• 研究成果67-69
• 附录69-70

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

功率-MOSFET开关特性与参数的测试电路及方法    侯铁年,马怀俭

光伏发电系统中逆变器技术应用及展望    陈维;沈辉;邓幼俊;舒杰;

大功率MOSFET管开关过渡过程的分析与仿真    朱武;陶洁晶;王巨灏;涂祥存;管水秀;

一种用于无刷直流电机控制系统的MOSFET栅极驱动电路    段德山;徐申;孙伟锋;

我国光伏产业现状综述    滕达;傅晓晴;

光伏并网逆变器自适应电流滞环跟踪控制的研究    戴训江;晁勤;

太阳能光伏发电综述    李春鹏;张廷元;周封;

碳化硅MOSFET应用技术研究    陆珏晶

FPGA应用技术及在电力系统中的应用前景    张志杰,叶海峰,汪翔

MATLAB/Simulink在《电力电子技术》教学研究中的应用    吴剑威;唐立新;

利用PSPICE仿真分析PWM控制电路    赵涛,姜卫东

一种新型空间电压矢量调制方式的研究    赵凡;丑武胜;刘敬猛;

全数字化抗三相不对称光伏正弦波逆变电源    叶爱芹;潘颖;

变频技术在医院污水处理工程中的应用    王军邦;

直流脉宽数字调速系统中电磁干扰的解决方法    张均华 ,肖国春 ,徐峰 ,王兆安

基于数字控制单相PFC系统的研究    莫丽琴;

双向激磁的Buck电路    孟繁钢,刘刚

有源逆变中SPWM工频误差问题的研究    闫国琦;李继宇;李明;魏得仙;梅慧兰;

琅琊山电站机组变频启动时转子位置计算的介绍    汪卫平;

环境保护中高压脉冲等离子体技术的应用    谢瑞;刘军;李武华;何湘宁;

基于PLC控制的PWM调节电容型SVC的研究    韩琳;李士杰;方科;张进;

基于LonWorks的新型风机控制器    唐鹏辉;张云贵;王丽娜;

基于STC89C52单片机PWM调速控制系统的硬件设计    刘紫晶;

TMd-50系列高压变频器在梅钢1780热连轧的应用    王文娟;

一种采用多重化整流技术的低谐波逆变弧焊电源    张光先;尹海;苗华伟;刘晨;

基于PSIM9.0的单相光伏逆变系统的仿真研究    孙冰;白树忠;郑世松;

永磁同步电机谐波电流分析及其对转矩的影响研究    王晓远;周巍;

斩波式交流中频阻焊电源及其控制系统    高文成;马铁军;张勇;杨思乾;

数字化PWM逆变系统控制关键技术研究及其应用    杨金辉

Buck型逆变器高阶系统布尔型滑模控制及反馈线性化最优控制研究    陈江辉

LCC-SPRC高压高频大功率电除尘电源的理论分析与功率参数设计    刘军

基于磁开关和带状线的长脉冲、超低阻抗脉冲发生器及其相关技术研究    杨实

变转速泵控差动缸及低能耗注塑机技术研究    张红娟

永磁风力发电机分布式直流并网变流器的研究与实现    张洪阳

磁性液体微压差传感器的理论及实验研究    郝瑞参

太阳能电动车关键技术研究    李春芳

大容量高频谐振逆变器关键技术的研究    李建文

四象限级联型多电平高压大功率逆变器控制系统研究    刘子建

基于DSP的铜材连铸水平牵引变频调速控制系统研究    汪鹏飞

基于软开关PWM技术的光伏逆变器的研究与设计    曹建

用于矿灯充电的独立光伏系统研究    毛娟

改善永磁接触器动态分断过程的方法研究    张钢岭

电流型Z源逆变器主电路控制策略研究    翟清震

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DSP的异步电动机软起动控制系统研究    肖大志

海洋潮流能发电系统的并网型逆变器设计研究    刘强

PID参数自整定方法研究与控制器研制    孟祥泉

小功率光伏并网逆变器控制系统的设计    李进国,金新民

功率MOSFET驱动保护电路设计与应用    田颖,陈培红,聂圣芳,卢青春

基于Matlab的功率MOSFET建模    严杰,王莉,王志强

Buck同步整流电路MOSFET损耗的计算    叶俊;张峰;

桥式拓扑结构功率MOSFET驱动电路设计    吴凤江,高晗璎,孙力

我国光伏企业加工贸易生产控制模式之研究    刘仰焰;沈玉良;

ICL7667实现步进电机高频斩波控制    王永成;党源源;徐抒岩;韩诚山;于涛;

MHz重复频率脉冲功率技术    李劲;李欣;刘小平;张良;赵军平;黄子平;戴光森;石金水;章林文;邓建军;

高压浮动MOSFET栅极驱动技术    李正中,孙德刚

基于变压器隔离的功率MOSFET驱动电路参数设计    廖鸿飞;梁奇峰;彭建宇;

两相逆变器—感应电动机系统的分析及动态性能模拟    李忠杰;战福忠;

电流源型LCC谐振式逆变器研究    王汝文,张乐民

高频大功率变频技术综述    贺昱曜,李宏

国外UPS发展的动向    吴隆安;蒙子杰;

逆变器并联运行时环流的产生及抑制研究    刘小四,熊蕊

一种谐振直流环节逆变器的建模与校正    邢岩,严仰光,赵修科

用三电平PW M逆变器减小逆变器输出中的共模电压    韩伟,徐倩

软开关技术三相PWM逆变器及效率的分析研究    明正峰,倪光正,钟彦儒

逆变器输出阻抗对并联运行环流影响的研究    曾建友,陈息坤,段善旭,康勇

电动汽车用逆变器的电磁兼容性设计    段瑞昌;徐国卿;

PWM逆变中IGBT的驱动与保护    舒志兵;刘俊泉;林锦国;赵英凯;

用于逆变器并联的电力线通信技术研究    陈君杰;冯峰;林新春;段善旭;康勇;

西门子POLYDOROS-80 X线机逆变器短路消除电路原理及故障检修    耿西亮;周树成;张兵;

三电平逆变器空间电压矢量调制算法的研究与实现    陈世浩;冯晓云;蒋威;韩坤;

一种新颖的正激直流环节逆变器的研究    李启明;严仰光;

PRC电源中负载变化对逆变器开关状态的影响    李金刚;钟彦儒;盛祖权;

基于双管正激变换器的单级逆变器研究    丛庆;马运东;

一种新型便携式逆变器的分析与设计    于海龙;刘锋;

基于SOPC的三电平光伏逆变器SVPWM的设计与实现    杜超;陈阿莲;段彬;张承慧;

一种新型的正弦波逆变器    陈江;马皓;徐德鸿;

我国大功率光伏逆变器转换率达98.8%    记者 胡兆珀

1000W准正弦逆变器    广东 王泽雄

自制低成本高效率的家用逆变器    湖北 郑伟涛

康佳液晶平板电视维修方法（二）    卢利伟

新车改装点到为止    本报记者 晓惑

家庭有望成“微型电厂”    记者 孔祥福

PCB CAP来势汹汹 高压MLCC厂不惧    黄女瑛 DigiTimes

突破性新型节电产品——用抑制谐波数据软件实现的数字式逆变器    佟晓天

光伏逆变器企业搭上复苏快车订单排到明年4月    记者 陈其珏　编辑 王晓

通用充电电源的制作    成都 青化 编译

三相逆变器冗余并联运行关键技术及应用研究    华明

输入串联输出并联逆变器系统控制策略的研究    庄凯

中压静止无功发生器系统研究    郑宏

混合多电平逆变器拓扑及其市制方法研究    丁凯

户用式光伏并网发电控制策略的研究    任碧莹

动态电压恢复器逆变单元的研究与实现    赵艳雷

软开关三相PWM逆变技术研究    许春雨

功率变换器的分布式控制和结构研究    胡磊

组合式软开关高频链逆变器的研究    孙向东

Z源逆变器研究    房绪鹏

基于双CPU的UPS控制技术研究    吴渭

基于DSP的空间矢量逆变器的研究    傅乾斌

基于组合式逆变器并网发电的控制策略研究    李鹏程

500W光伏独立/并网双模逆变器的研究    陆寅

用于电能质量控制器的可控电源的研究    施芳

1kVA三态准PWM电流滞环控制逆变器研究    章建峰

级联型逆变器的SPWM控制及开路故障诊断技术的研究    纪峰

SPWM逆变器控制技术研究    何中一

基于DSP控制的静止无功发生器的研究与试验    陈新苗

基于ADPLL逆变器频率跟踪控制方法的研究    梁宝明