本文關鍵詞：基于寬禁帶器件的光伏逆變器研究與實現(xiàn)　出處：《中國科學院大學(中國科學院工程管理與信息技術學院)》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：太陽能是一種低碳、環(huán)保的新能源,太陽能發(fā)電是開發(fā)利用太陽能的重要途徑,成為近年和未來研究的熱點,應用也越來越廣。光伏逆變器作為太陽能發(fā)電系統(tǒng)的核心部件,大都采用單臺功率等級在數(shù)百k W的集中式并網(wǎng)光伏逆變器。集中式逆變器沉重體積龐大,太陽能電池利用率比較低,功率體積比低,維護成本高。主要原因是這種逆變器都是采用傳統(tǒng)的Si半導體器件,其開關頻率只有3~4k Hz,需要大的儲能元器件,造成逆變器的體積和重量也隨之增大。因此減小光伏逆變器的體積和重量,降低成本,對太陽能發(fā)電的普及和應用具有重要意義。本文在微型光伏逆變器中使用一種新型寬禁帶半導體器件,將逆變器的工作頻率提高到上百k Hz,在減小了逆變器體積的同時提高了逆變器的轉換效率,完成的主要工作包括:首先,對新型寬禁帶半導體器件的特性進行了分析和研究,總結了其物理特性和相比傳統(tǒng)Si半導體器件的優(yōu)點,以及Ga N寬禁帶器件在功率轉換器中的應用情況;其次,設計了微型逆變器的拓撲方案。對各種功率拓撲方案進行了比較,詳細分析了典型的正激、反激、推挽、半橋和全橋等功率變換拓撲原理,比較了這些功率變換拓撲電路優(yōu)缺點,并最終選擇推挽諧振拓撲和全橋拓撲設計微型逆變器;然后,本文設計了逆變器的高頻驅動電路和軟硬件控制策略,詳細分析功率器件的驅動理論,并對整個硬件系統(tǒng)平臺進行了詳細的設計,包括逆變器整體結構、升壓電路、逆變電路、驅動電路、采樣電路等;最后,對最大功率250W的微型光伏逆變器制作了實驗樣機進行測試驗證,完成了預先設定的指標,結果表明新型的氮化鎵材料功率器件在減小微型逆變器體積的同時也顯著提高的效率。
[Abstract]:Solar energy is a low carbon, environmental protection new energy, solar power generation is an important way to develop and utilize solar energy, and become the focus of research in recent years and in the future. Photovoltaic inverter as the core component of solar power generation system, mostly uses a single power level in the hundreds of kilowatts of centralized grid-connected photovoltaic inverter. Centralized inverter heavy volume. The main reason for this kind of inverter is that the traditional Si semiconductor device is used, and its switching frequency is only 3 ~ 4kHz. Large energy storage components are needed to increase the volume and weight of the inverter. Therefore, the volume and weight of the photovoltaic inverter will be reduced and the cost will be reduced. It is of great significance to the popularization and application of solar power generation. In this paper, a new type of wide band gap semiconductor device is used in the miniature photovoltaic inverter, and the frequency of the inverter is increased to hundreds of kHz. The conversion efficiency of the inverter is improved while the volume of the inverter is reduced. The main work is as follows: firstly, the characteristics of the novel wide band gap semiconductor devices are analyzed and studied. Its physical properties and advantages compared with traditional Si semiconductor devices, and the application of gan wide bandgap devices in power converters are summarized. Secondly, the topology scheme of miniature inverter is designed. The power topology schemes are compared, and the typical forward, flyback, push-pull, half-bridge and full-bridge topologies are analyzed in detail. The advantages and disadvantages of these power conversion topology circuits are compared, and the push-pull resonant topology and the full-bridge topology are selected to design the miniature inverter. Then, the high frequency drive circuit and hardware and software control strategy of inverter are designed, the driving theory of power device is analyzed in detail, and the whole hardware system platform is designed in detail, including the whole structure of inverter. Boost circuit, inverter circuit, drive circuit, sampling circuit, etc. Finally, the experimental prototype of the maximum power 250W miniature photovoltaic inverter is made to test and verify, and the preset index is completed. The results show that the new gallium nitride power device can reduce the volume of the micro inverter and improve the efficiency.
【學位授予單位】：中國科學院大學(中國科學院工程管理與信息技術學院)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TM615;TM464

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