Hybrid-Modulation based High-power High-frequency and Scalable SiC Polyphase Fuel-cell Inverter for Power Quality and Distributed Generation

基于混合调制的高功率高频和可扩展 SiC 多相燃料电池逆变器,用于电能质量和分布式发电

基本信息

  • 批准号:
    0725887
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 27万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2007
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2007-08-15 至 2012-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Objectives:The objective of this research is to design a novel high-power, "high-frequency", energy-efficient fuel-cell inverter that is scalable and modular and supports bulk power generation and/or reactive and harmonic compensations. This radical high-frequency topology is based on a novel hybrid modulation scheme, next-generation SiC power devices, and nanocrystalline transformer core. The mechanism for validation is twofold: scaled experimental design for concept validation and analytical design using empirically-validated SiC device models for performance and reliability predictions at high power.Intellectual Merit:Conventional low-frequency high-power inverter needs extremely bulky, expensive, and huge-footprint-space filters and transformer. The proposed polyphase inverter eliminates the need for dc link filters and line-frequency utility transformer. Further, due to i) the unique hybrid modulation (which reduces switching loss), ii) significantly reduced core loss of the nanocrystalline transformer core, and iii) reduced on-state drop (implying lower conduction loss) and reduced device capacitance and reverse recovery (implying reduced switching loss) of SiC high voltage devices, operation of high power inverter is feasible at high efficiency even at high frequency. Broader Impact:The proposed inverter has applications ranging from FutureGen, FACTs, solid-state power station, distributed generation, interconnection of two subgrids operating at different frequencies, electric ship, fuel-cell APU for aerospace, to high power UPS. Results of the research will be integrated into two power courses, which are taught by the PI and taken by several students. The project will support 1 Ph.D. student and will incorporate 6 Sr. Design and undergraduate students (with
目标:本研究的目的是设计一种新型高功率、“高频”、节能的燃料电池逆变器,该逆变器可扩展、模块化,并支持大容量发电和/或无功和谐波补偿。这种激进的高频拓扑基于新颖的混合调制方案、下一代 SiC 功率器件和纳米晶变压器铁芯。验证机制是双重的:用于概念验证的规模化实验设计和使用经经验验证的 SiC 器件模型进行分析设计,以预测高功率下的性能和可靠性。 优点:传统的低频大功率逆变器需要极其庞大、昂贵和占用空间巨大的滤波器和变压器。所提出的多相逆变器消除了对直流链路滤波器和工频公用变压器的需要。此外,由于i)独特的混合调制(降低了开关损耗),ii)显着降低了纳米晶变压器磁芯的磁芯损耗,以及iii)降低了通态压降(意味着更低的导通损耗)并降低了器件电容和反向恢复(意味着减少开关损耗)SiC高压器件,即使在高频下也能实现高功率逆变器的高效率运行。更广泛的影响:所提出的逆变器的应用范围包括FutureGen、FACT、固态发电站、分布式发电、以不同频率运行的两个子电网的互连、电动船舶、航空航天燃料电池APU以及高功率UPS。研究结果将被整合到两门动力课程中,由 PI 教授并由几名学生参加。该项目将支持 1 名博士。学生,并将包括 6 名设计高级学生和本科生(其中

项目成果

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