本文關鍵詞：基于GaN的雙Buck并網逆變器的損耗分析及共模電流抑制研究

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【摘要】：隨著工業(yè)經濟的高速發(fā)展,我國的環(huán)境問題日益凸顯,因此大力發(fā)展可再生能源發(fā)電,特別是太陽能發(fā)電是解決我國能源危機和保證可持續(xù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略。近年來,光伏發(fā)電已經受到越來越多的關注和重視。目前市場上的光伏并網逆變器按照是否隔離來分,可分為隔離型和非隔離型。隔離型并網逆變器保證了光伏電池板與交流電網側的電氣隔離,提高了系統(tǒng)的安全性,但體積大、效率低、并且控制復雜。非隔離型并網逆變器中不存在變壓器,減少了變壓器的能量損耗,具有成本低、體積小、效率高等優(yōu)點,受到了人們的廣泛關注。本文主要研究對象為雙Buck并網逆變器。首先對雙Buck并網逆變器的優(yōu)缺點進行了總結,采用第三代寬禁帶半導體器件Cascode GaN晶體管解決雙Buck并網逆變器電感較大的問題,對其進行了工作原理分析,并網控制策略和主電路參數(shù)的設計,并進行了仿真驗證。搭建了雙脈沖測試平臺,對Cascode GaN晶體管的驅動電路和動態(tài)性能進行了測試,得到Cascode GaN晶體管開通、關斷損耗和碳化硅肖特基二極管關斷損耗的數(shù)學模型,并基于此測試結果對整個電路的損耗進行了理論分析。然后對雙buck并網逆變器的共模特性進行了分析,在拓撲不變的基礎上提出了一種無功發(fā)生控制方法,可使得雙Buck并網逆變器實現(xiàn)功率的雙向流動,對無功發(fā)生控制方法進行了原理分析與共模特性分析,并對兩種不同的控制方法進行了仿真驗證。最后搭建了基于Cascode GaN晶體管和碳化硅肖特基二極管的500W雙Buck并網逆變器實驗樣機,在該樣機上對雙Buck并網逆變器進行了實驗驗證。本課題所做的理論分析、仿真驗證和實驗驗證表明雙Buck并網逆變器具有結構簡單、效率高、共模特性好等優(yōu)點,且采用GaN晶體管實現(xiàn)電路的高頻化可以很好的解決電感過大的問題,最后提出的無功發(fā)生控制方法,可以使得雙Buck并網逆變器實現(xiàn)功率的雙向流動,擴大了應用范圍。
【關鍵詞】：雙Buck逆變器 Cascode GaN晶體管 共模電流 高頻高效
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM464
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 1 引言12-26
• 1.1 課題研究的背景與意義12-13
• 1.2 光伏并網逆變器的發(fā)展13-15
• 1.3 非隔離光伏并網逆變器共模電流問題15-19
• 1.3.1 共模電流產生原因15-16
• 1.3.2 光伏并網系統(tǒng)共模電流標準16-17
• 1.3.3 共模電流抑制技術研究現(xiàn)狀17-19
• 1.4 非隔離光伏并網逆變器拓撲19-23
• 1.4.1 幾種不同的非隔離光伏并網逆變器拓撲19-22
• 1.4.2 基于GaN的Buck并網逆變器22-23
• 1.5 本論文研究內容23-26
• 2 雙Buck并網逆變器26-34
• 2.1 雙Buck并網逆變器的工作原理分析26-28
• 2.2 雙Buck并網逆變器的并網控制策略28-29
• 2.3 雙Buck并網逆變器電路參數(shù)設計29-31
• 2.3.1 主電路參數(shù)設計29
• 2.3.2 電感設計29-31
• 2.3.3 濾波電容設計31
• 2.4 雙Buck并網逆變器仿真驗證31-32
• 2.4.1 開環(huán)仿真驗證31-32
• 2.4.2 并網仿真驗證32
• 2.5 本章小結32-34
• 3 基于GaN的Buck并網逆變器的損耗分析34-48
• 3.1 器件選型34-36
• 3.1.1 高頻開關管34-35
• 3.1.2 高頻二極管35
• 3.1.3 低頻開關管35-36
• 3.2 GaN晶體管高頻應用設計36-42
• 3.2.1 GaN晶體管驅動設計36-39
• 3.2.2 GaN晶體管動態(tài)性能測試39-42
• 3.3 損耗分析42-46
• 3.3.1 功率器件損耗分析43-44
• 3.3.2 磁性元件損耗分析44-46
• 3.4 本章小結46-48
• 4 雙Buck逆變器的共模電流抑制研究48-70
• 4.1 雙Buck逆變器共模特性分析48-56
• 4.1.1 共模電流模型48-51
• 4.1.2 共模電流頻域分析51-53
• 4.1.3 死區(qū)對共模電流的影響53-56
• 4.2 無功發(fā)生控制方法的Buck并網逆變器56-62
• 4.2.1 工作原理分析56-59
• 4.2.2 無功發(fā)生控制方法59-60
• 4.2.3 共模特性分析60-62
• 4.3 雙Buck并網逆變器共模特性仿真驗證62-65
• 4.3.1 基本Buck并網逆變器共模特性仿真驗證62-63
• 4.3.2 無功發(fā)生控制方法的Buck并網逆變器仿真驗證63-65
• 4.4 改進電路拓撲的Buck并網逆變器65-67
• 4.4.1 工作原理分析65-66
• 4.4.2 仿真驗證66-67
• 4.5 本章小結67-70
• 5 實驗驗證70-78
• 5.1 硬件電路70-72
• 5.1.1 實驗平臺整體介紹70-71
• 5.1.2 采樣電路設計71-72
• 5.2 雙Buck并網逆變器實驗驗證72-77
• 5.2.1 開環(huán)實驗驗證72-74
• 5.2.2 并網實驗驗證74-75
• 5.2.3 共模電流測試75-76
• 5.2.4 效率測試76-77
• 5.3 本章小結77-78
• 6 總結與展望78-80
• 6.1 全文工作總結78
• 6.2 后續(xù)工作展望78-80
• 參考文獻80-84
• 作者簡歷84-88
• 學位論文數(shù)據集88

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