The three-phase dual-active bridge converter family : modeling, analysis, optimization and comparison of two-level and three-level converter variants

Siddique, Hafiz Abu Bakar; de Doncker, Rik W. (Thesis advisor); Monti, Antonello (Thesis advisor)

1. Auflage. - Aachen : E.ON Energy Research Center, RWTH Aachen University (2019, 2020)
Buch, Doktorarbeit

In: E.ON Energy Research Center ; Ausgabe : PGS, Power Generation and Storage Systems 76
Seite(n)/Artikel-Nr.: 1 Online-Ressource (xii, 236 Seiten) : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, RWTH Aachen University, 2019

Kurzfassung

Mit zunehmender Integration von fluktuierenden erneuerbaren Energiequellen werden die Beschränkungen herkömmlicher Wechselstromnetze, insbesondere auf Verteilnetzebene, deutlicher. Ein möglicher Lösungsansatz, diese Grenzen zu überwinden besteht in dem Einsatz von Mittelspannungs-Gleichstromnetzen (MVDC). Da MVDC-Netze auf leistungselektronischen Umrichtern basieren, sind diese hochdynamisch und ermöglichen eine aktive präzise Leistungsflussregelung, ohne die Systemeffizienz zu beeinträchtigen. Für diesen Einsatz stellt der dreiphasige Dual-Active Bridge (DAB3) Wandler aufgrund der bidirektionalen Leistungsübertragung, der hohen Leistungsdichte und Effizienz, der Modularität und der inhärenten galvanischen Trennung eine geeignete Wahl dar. Im Rahmen dieser Arbeit werden neben der konventionellen DAB3 zwei alternative DAB3 Varianten mit mittelspannungsseitiger Neutral-Point-Clamped (NPC) Topologie untersucht. Neben dem spannungslosen Einschalten (ZV) der oberen/unteren Halbleiterschalter in der NPC Brücke, können die mittleren Halbleiterschalter unter stromlos (ZC) geschaltet werden. Das stromlose Einschalten ermöglicht eine hochdynamische Stromregelung, bei der sich ein transienter Phasenstrom innerhalb einem Drittel des Schaltzyklus ohne Über-/Unterschreitung einstellen lässt. Darüber hinaus halbiert die Verwendung einer NPC-Brücke in einem DAB3-Wandler die Sperrspannungsanforderung der Halbleiter, während andere günstige Eigenschaften des Wandlers beibehalten oder verbessert werden. Außerdem lässt sich, aufgrund der zusätzlichen Freiheitsgrade in der Ansteuerung, eine bessere Regelbarkeit auch bei kleineren Werten der Transformatorstreuinduktivität zu erreichen. Abschließend werden die Auswirkungen von Totzeit und Transformatorwicklungswiderstand im Regelkreis des DAB3-Wandlers untersucht und kompensiert.