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華中科技大學獲第八屆高校電力電子應用設計大賽特等獎

  11月17日,中國電源學會公布“GaN Systems杯”第八屆高校電力電子應用設計大賽獲獎名單。我校團隊在眾多參賽隊伍中脫穎而出,憑借創新的設計方案與優異的實測數據斬獲特等獎。

  高校電力電子應用設計大賽由中國電源學會發起,是一項面向全國高校學生的具有探索性的工程實踐活動,也是全國電力電子領域最高水平的大學生競賽。11月3日至6日,“GaN Systems杯”第八屆高校電力電子應用設計大賽決賽在福建省廈門市舉行。本次比賽為“GaN Systems杯”的首屆賽事,以“高效高功率密度單級光伏逆變器設計”為題目,要求設計作品解決高效、高功率密度、高電能質量等多項技術難題。共有來自全國46所高校的64支隊伍參賽,其中16支隊伍挺進現場總決賽。經過激烈角逐,我校電氣學院康勇教授與陳材副研究員指導的ASPIL團隊(參賽隊員徐文哲、朱雙喜、胡至祎、黃以杰、董佳鑫)斬獲本屆賽事唯一特等獎。此外,其它院校有2支隊伍獲得一等獎,3支隊伍獲得二等獎,2支隊伍獲得三等獎。

  在我國雙碳戰略迅猛推進與世界能源革命的巨大浪潮之下,全球能源格局正發生翻天覆地的變化。近年來,以光伏、風電等為代表的清潔能源行業正高速發展,以光伏為例,僅2021年全球光伏新增裝機量就達175GW。光伏逆變器是光伏發電系統中最重要的角色之一,其將光伏板的直流電轉化為電網的交流電,控制光伏板的發電特性與電能的入網特性,既是控制光伏系統能量特性的“大腦”,又是處理能量轉換的“肌肉”。光伏逆變器目前存在兩方面的迫切進步需求:一是效率,效率是決定光伏系統經濟特性的最重要指標,光伏逆變器作為光伏功率的承載者,其效率決定著整個光伏系統的效率;二是功率密度,提高功率密度可降低體積,降低光伏變電站占地面積與用地成本,同時隨著光伏產業的不斷進化,近年發展迅猛的戶用微型光伏逆變器更是對功率密度提出了更高的要求。

  針對上述問題,結合賽題要求,我校團隊提出了一種高效、高功率密度單級光伏逆變器設計方法,并成功研制出樣機。根據高效、高功率密度這一關鍵需求,團隊提出了三種不同的技術方向,并從中凝練出六條明確的設計指導路線。結合寬禁帶半導體GaN器件的諸多特性,團隊綜合考慮方案選取、調制與控制、回路設計、結構堆疊、散熱復用等各個方面要求,在樣機上對每條設計路線均進行了有效運用與充分驗證。

  效率與功率密度為競賽核心指標。最終,該樣機最高滿載效率達到97.08%,處于所有隊伍前列;現場實測功率密度達到106W/inch3,超賽題指標10倍。該設計方法廣泛適用于集中式光伏架構與分布式微逆架構,為光伏逆變系統的高效化、小型化提供了可行有效的指導思路。充分的創新與穩定的測試表現,使我校團隊獲得大賽各專家評審的一致好評。

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