SiC器件三电平分裂输出高开关频率光伏逆变器及其死区效应研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51807205
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0706.电力电子学
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

The adoption of silicon carbide (SiC) devices in conventional three-level photovoltaic inverters can cause issues of crosstalk effect, deteriorated switching performance with parasitic elements, electromagnetic interference (EMI), etc. And the high-switching-frequency operation can bring serious dead-time effect. In this project, SiC devices are adopted in the three-level split output photovoltaic inverter, to reveal its advantages, disadvantages, and challenges in high-switching-frequency applications. The design of the inverter will be optimized and the dead-time effect at high switching frequencies will be solved.. The modified double pulse test will be applied to the three-level split output inverter with SiC devices for the investigation on crosstalk, switching performance, EMI, loss of split inductors, and synchronous rectification. The SiC MOSFET driver, the power circuit, and the split inductor will be optimized to reduce the crosstalk and EMI, and improve the switching performance and efficiency. A high-switching-frequency dead-time compensation with zero-sequence component injection will be proposed to enhance the linear modulation region; and a closed-loop control strategy for the dead-time elimination half-period modulation with two groups of modulation waves will be proposed, where the current zero-crossing distortion will be suppressed as well; then the modulation without dead-time will be optimized based on the relation of shoot-through time, shoot-through current, split inductance, and loss of split inductors. The operation of 100kHz high switching frequency will be finally achieved with high efficiency, high power density, high DC-link voltage utilization, low output current harmonics, and low EMI.
传统SiC器件光伏逆变器存在串扰效应、开关特性易受寄生元件影响、EMI等问题,并且在高开关频率下存在严重的死区效应。本项目将SiC器件应用于三电平分裂输出光伏逆变器,探究其在高开关频率应用中的优点、缺点及挑战,优化设计并解决高开关频率死区效应问题。. 项目将改进双脉冲测试方法,用于研究SiC器件三电平分裂输出光伏逆变器的串扰效应、开关特性、EMI、分裂电感损耗、同步整流;对分裂电感、驱动和功率电路优化设计,降低串扰效应和EMI、提升开关特性和效率。提出一种高线性调制区的零序分量注入高开关频率死区补偿方法;提出一种兼顾改善电流过零点畸变的双组调制波无死区半周调制闭环控制策略;研究直通时间、直通电流、分裂电感及其损耗之间的关系,提出一种不加死区的优化调制方法。最终实现SiC器件三电平分裂输出光伏逆变器的100kHz高开关频率、高效率、高功率密度、高直流电压利用率、低输出电流谐波、低EMI运行。

结项摘要

在光伏发电系统中,将SiC功率开关器件应用于T型三电平分裂输出逆变器,可使其工作于更高的开关频率,减小无源滤波器的重量和体积,进一步提高光伏逆变器的效率和功率密度。但是,若采用含有死区的传统调制方式,死区效应会随开关频率升高而恶化。传统死区补偿策略会直接或间接增加调制波幅值,使线性调制区下降严重。. 本项目围绕SiC器件T型三电平分裂输出逆变器及其高开关频率死区效应展开研究。首先,研究了三电平分裂输出高开关频率SiC器件逆变器的低谐波控制系统及调制方法,提出三电平无死区效应高开关频率PWM以及基于DSOGI-FLL的无死区半周调制闭环控制策略。其次,兼顾抑制死区效应,对无死区半周PWM的电流过零点畸变现象进行了优化,提出能够生成同步整流减小通态损耗的高频调制策略,提出基于DSOGI-FLL的具有死区补偿功能的低开关损耗组合DPWM。此外,针对控制周期更短的高开关频率SiC器件三电平逆变器提出abc坐标下的解析简化算法,研究了用于T型三电平SiC器件逆变器的分状态脉冲测试方法,获得器件开关特性、分流情况,衡量逆变器性能指标。. 项目研究成果使SiC器件光伏逆变器在高开关频率下可靠运行,提高了输出电能质量和效率,促进了高开关频率SiC器件在新能源发电中的应用,助力“碳达峰、碳中和”目标的实现。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(1)
专利数量(8)
A combined DPWM based on DSOGI-FLL for switching-loss reduction and dead-time compensation
基于 DSOGI-FLL 的组合 DPWM,用于减少开关损耗和死区时间补偿
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    IEEE Access
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Qingzeng Yan;Pengxiao Sun;Langtao Xiao;Rende Zhao;Hailiang Xu
  • 通讯作者:
    Hailiang Xu
A double-modulation-wave PWM with reduced dependency on current polarities for dead-time-effect elimination in three-level T-type converters
一种双调制波 PWM,可减少三电平 T 型转换器中的死区时间效应消除对电流极性的依赖
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Power Electronics
  • 影响因子:
    6.7
  • 作者:
    Qingzeng Yan;Langtao Xiao;Xibo Yuan;Xincheng Zhang;Cheng Yuan;Rende Zhao;Hailiang Xu
  • 通讯作者:
    Hailiang Xu
An analytical simplified three-level SVPWM with unified zero-sequence component injection
具有统一零序分量注入的分析简化三级 SVPWM
  • DOI:
    10.1103/physreva.95.053601
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Power Delivery
  • 影响因子:
    4.4
  • 作者:
    Qingzeng Yan;Xincheng Zhang;Tianrun Zhao;Xibo Yuan;Rende Zhao
  • 通讯作者:
    Rende Zhao
基于PLECS的三相两电平变流器仿真实验设计
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    实验技术与管理
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    严庆增;孙鹏霄;赵仁德
  • 通讯作者:
    赵仁德
A simplified analytical algorithm in abc coordinate for the three-level SVPWM
abc坐标下三电平SVPWM的简化解析算法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Power Electronics
  • 影响因子:
    6.7
  • 作者:
    Qingzeng Yan;Zanrong Zhou;Mingbo Wu;Xibo Yuan;Rende Zhao;Hailiang Xu
  • 通讯作者:
    Hailiang Xu

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严庆增的其他基金

高开关频率SiC器件三电平分裂输出光伏逆变器多目标优化运行技术研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    54 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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