《基于碳化硅新型功率开关器件的高频光伏并网逆变器的研制》

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应用领域与技术原理:该项目应用于新能源产业的光伏并网发电。技术原理为:采用与逆变器环节分开的,单独的一级最大功率跟踪(MPPT)带升压功能的电路结构。采用SiC肖特基二极管的多路MPPT并联的控制,能分散功率,减小电流纹波,易于做到高频化,虽然加了一级变换,逆变器效率降低,但是能让太阳能电池板发出的功率在这种连接方式与电路方式下提高(MPPT能力增强)。克服电池匹配与电池故障能力增强,电池板输出效率提高,足以补偿MPPT变换电路这部分的损耗,大约10﹪-20﹪左右。采用数字信号处理控制器进行数字控制,增加了系统的稳定性与灵活性。MPPT电路为一套DC/DC变换器及其控制器,控制器不断检测出输出电压和电流,然后控制DC/DC变换器内的电子开关,寻找最大功率输出点碳化硅(SiC)是发展最成熟的宽禁带半导体材料,与硅半导体材料相比,具有下列优异的物理特点:高禁带宽度(3.0eV 6H-SiC)、高饱和电子漂移速度(2×107cm/s)、高击穿强度(2.4MV/cm)、低介电常数和高热导率(5.0w/cmK)。上述这些优异的物理特性,带来碳化硅半导体器件具有耐压高、通态电阻低、漏电流小、开关速度高,电流密度高,耐高温等优点,决定了碳化硅在高温、高频率、高功率的应用场合是极为理想的材料,是理想的下一代电力电子器件材料。碳化硅功率器件由于其良好的反向恢复,耐压性,低导通电压的性能将会在功率模块的反并联二极管,高频整流二极管方面取代现有的硅快恢复二极管。虽然采用碳化硅新型器件,增加了器件成本,但由于碳化硅器件高频、耐高温的特点,一方面能减小由于反向恢复电荷与反向恢复电流引起的损耗,视开关频率的不同,其能减小损耗的大小及百分比不同,约为1﹪-3﹪,同时通过开关频率的提高,可以显著减小设备的体积。开关频率为20-50kHz,可以有效减小散热器与变压器与电感器的成本与尺寸。通过高性能的碳化硅功率器件的驱动电路(包括高速、隔离的驱动信号电平转换电路)来选择适合碳化硅功率器件开关特性的优化驱动电平以及达到抑制高的电压变化率的作用。主要由输入软启动部分、滤波器部分、最大功率跟踪电路、碳化硅功率电路、逆变器电路部分、保护电路和控制器等组成。性能指标性能:1.计划书为3kW,因为没有计划资金支持,实际样机为1kW。其余性能指标,计划任务书与实际达到性能均一致。1、额定功率:1000W;2、输入电压:直流100-400V;3、输出电压:交流220V、380V(单相、三相可选);4、环境温度:-25℃-+70℃5、额定效率:大于95﹪6、功率因数:大于0.997、总的谐波失真:小于5﹪。与国外同类技术相比三菱,GE,SMA,Siemens等公司都发表文章强调碳化硅器件的优越性。但没有相关产品推出。德国Fraunhofer太阳能研究所2009-2010研制出由碳化硅器件组成的效率为98﹪左右的光伏逆变器样机,但是纯粹追求高效率,没有包括最大功率跟踪部分。

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