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[学位]

基于SiC MOSFET的固态变压器子模块电路的研究与设计

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Author:

柳龙 (柳龙.)

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学位论文库

Abstract:

近年来随着社会经济的不断发展,电力系统发生了深刻的变革。由于传统的电力变压器自身功能单一且具有明显的不足,不能满足电力系统提出的新要求,固态变压器应运而生。固态变压器作为一种新型的电力电子设备,除具有电力变压器的传统功能外,还具有体积小、重量轻,无环境污染等特点;实现一次侧和二次侧的电能隔离,具有高度的可控性;可以提供直流接口,供分布式发电和直流负载使用等优点,有望解决电力系统面临的诸多问题。
本文首先介绍了固态变压器的研究背景、工作原理、发展历史和研究现状,并根据电能变换次数的不同对固态变压器的拓扑结构进行分类,对比分析不同拓扑结构的优缺点。其次,本文分析了固态变压器子模块主电路的关键部分——高频隔离DC/DC变换器和DC/AC变换器,分析了双有源桥(Dual Active Bridge,DAB)电路的工作原理并对其实现软开关的条件进行了讨论,也分析了DC/AC变换器的工作原理。再次,根据系统的设计指标,提出了1MW 10kV模块级联型固态变压器的设计方案,设计了基于SiC MOSFET的DAB电路和基于IGBT的全桥逆变电路,对各级电路进行了合理的器件选型并计算其损耗,同时设计了子模块主电路的主要元件参数,并通过MATLAB/Simulink平台搭建了固态变压器子模块电路仿真模型进行验证。接着,根据SiC MOSFET和IGBT器件特性的要求,设计了适用于SiC MOSFET和IGBT的驱动电路。
最后,搭建了输入直流电压820V,功率27.78kW,DAB开关频率20kHz,逆变器开关频率450Hz的固态变压器子模块实验平台,并测试各级电路,验证了电路的基本性能和设计的合理性,为更高电压等级的固态变压器设计奠定了基础。同时,通过功率分析仪测量得出了不同功率下的效率曲线,达到了设计指标的要求,最大效率可达到97.6%。

Keyword:

IGBT SiC MOSFET 固态变压器 软开关 双有源桥

Author Community:

  • [ 1 ] 西安交通大学电气工程学院

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Basic Info :

Degree: 工程硕士

Mentor: 肖国春

Year: 2016

Language: Chinese

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WoS CC Cited Count: 0

30 Days PV: 17

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