Opracowanie wysokosprawnego dwukierunkowego przekształtnika sieciowego przeznaczonego do pracy w mikrosieci prądu stałego

• Autorzy: Koszel Mikołaj , Grzejszczak Piotr , Wolski Kornel , Święchowicz Tomasz , Nowatkiewicz Bartosz

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2023.07.28

Warianty tytułu

EN

Development of a high-efficiency bidirectional grid converter designed for a DC microgrid

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Tematem artykułu jest projekt i badania prototypu dwupoziomowego trójfazowego przekształtnika sieciowego o mocy znamionowej 15 kW i napięciu w obwodzie DC na poziomie 760V. Za cel postawiono weryfikację algorytmu sterowania dwupoziomowego przekształtnika AC/DC w układzie eksperymentalnym. Algorytm umożliwia zastosowanie przekształtnika w mikrosieci prądu stałego. Zastosowany w układzie wydajny sterownik hybrydowy umożliwia zastosowanie zaawansowanego algorytmu sterowania. Badany przekształtnik oraz zastosowany algorytm sterowania pozwala na bezpośrednią regulację mocy czynnej i biernej w pracy dwukierunkowej. Odporność na odkształcenia napięcia sieci oraz zmiany jego częstotliwość uzyskana została przez moduł synchronizacji z siecią (DSOGI-PLL). W pracy zaprezentowano wyniki badań symulacyjnych i eksperymentalnych.

EN

The subject of the article is the design of a prototype of a two-level three-phase grid converter with a rated power of 15 kW and a DC voltage of 760V. The goal was to verify the control algorithm of the two-level AC/DC converter in the experimental system. The algorithm enables the use of the converter in a DC microgrid. The efficient hybrid controller used in the system enables the use of an advanced control algorithm. The tested converter and the control algorithm used allow for direct control of active and reactive power in bidirectional operation. Immunity to voltage distortion and changes in its frequency was obtained by the synchronization module with the network (DSOGI-PLL). The paper presents the results of simulation and experimental studies.

Słowa kluczowe

PL

trójfazowy przekształtnik sieciowy; węglik krzemu; algorytm sterowania; badania symulacyjne; projektowanie

EN

grid converter; active front end; ac/dc converter; SiC; design; thermal management; DPC

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2023
• Tom: R. 99, nr 7
• Strony: 152--157
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Koszel Mikołaj

• Politechnika Warszawska, Instytut Sterowania i Elektroniki Przemysłowej ul. Koszykowa 75 00-662 Warszawa

autor

Grzejszczak Piotr

• Politechnika Warszawska, Instytut Sterowania i Elektroniki Przemysłowej ul. Koszykowa 75 00-662 Warszawa

autor

Wolski Kornel

• Politechnika Warszawska, Instytut Sterowania i Elektroniki Przemysłowej ul. Koszykowa 75 00-662 Warszawa

autor

Święchowicz Tomasz

• Politechnika Warszawska, Instytut Sterowania i Elektroniki Przemysłowej ul. Koszykowa 75 00-662 Warszawa

autor

Nowatkiewicz Bartosz

• Wibar Instalacje Sp. Z o.o. Sp. j. ul. Bernardyńska 23/62 02-904 Warszawa

Bibliografia

• [1] Dragičević T., Lu X., Vasquez J. C. i Guerrero J. M., DC Microgrids—Part I: A Review of Control Strategies and Stabilization Techniques, IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 31, (2016) no. 7, 4876-4891, doi: 10.1109/TPEL.2015.2478859.
• [2] Ali S., Zheng Z., Aillerie M., Sawicki J.P., Péra M.C., i Hissel D., A review of DC Microgrid Energy Management Systems dedicated to residential applications, Energies, vol. 14, (2021) no. 14, p. 4308.
• [3] Salas-Puente R., Marzal S., González-Medina R., Figueres E., Garcera G., Experimental Study of a Centralized Control, Strategy of a DC Microgrid Working in Grid Connected Mode. Energies, vol. 10, (2017) 1627. https://doi.org/10.3390/en10101627
• [4] Silva C. M. M. R. S. et al., Integrated Control Strategy for Grid Connected Photovoltaic Array, Battery Storage and Supercapacitors, 2nd International Conference On Electrical Engineering (EECon), (2018), pp. 51-57, doi: 10.1109/EECon.2018.8541009.
• [5] Patel H. and Shah A., A novel control method for UPS battery charging using Active Front End (AFE) PWM rectifier, 2016 IEEE International Conference on Power Electronics, Drives and Energy Systems (PEDES), (2016), 1-3, doi: 10.1109/PEDES.2016.791423
• [6] Falkowski P. and Sikorski A., Comparative Analysis of Finite Control Set Model Predictive Control Methods for Grid-Connected AC-DC Converters with LCL Filter, 2018 IEEE 27th International Symposium on Industrial Electronics (ISIE), (2018), 193-200, doi: 10.1109/ISIE.2018.8433673.
• [7] R. Barlik, P. Grzejszczak, B. Leszczyński, and M. Szymczak, Experimental investigations on the grid-connected AC/DC converter based on three-phase SiC MOSFET module, INTL Journal of electronics and telecommunications, 2019, Vol. 65, No. 4, pp. 619-624, doi: 10.24425/ijet.2019.129821.
• [8] Rivera S., S. Kouro S., Vazquez S., Goetz S. M., Lizana R., and Romero-Cadaval E., Electric Vehicle Charging Infrastructure: From Grid to Battery, IEEE Ind. Electron. Mag., vol. 15, (2021), no. 2, 37–51, doi: 10.1109/MIE.2020.3039039.
• [9] Rothmund, Guillod T., Bortis D., and Kolar J. W., 99.1% Efficient 10 kV SiC-Based Medium-Voltage ZVS Bidirectional Single-Phase PFC AC/DC Stage, IEEE J. Emerg. Sel. Top. Power Electron., vol. 7, (2019) no. 2, 779–797, 2019, doi:10.1109/JESTPE.2018.2886140.
• [10] Jamil M., Hussain B., Abu-Sara M., Boltryk R. J. and Sharkh S. M, Microgrid power electronic converters: State of the art and future challenges, 2009 44th International Universities Power Engineering Conference (UPEC), (2009), 1-5.
• [11] Teodorescu R., Liserre M., and P. Rodriguez P., Grid Converters for Photovoltaic and Wind Power Systems,. John Wiley & Sons, Ltd, (2011), Chapter 8.5.
• [12] Blahnik V., Kosan T. and Talla J., Control of single-phase AC/DC converter based on SOGI-PLL voltage synchronization, Proceedings of the 16th International Conference on Mechatronics - Mechatronika, (2014), 652- 655, doi: 10.1109/MECHATRONIKA.2014.7018337.
• [13] Milczarek A., Malinowski M., Sterowanie trójfazowym przekształtnikiem DC/AC z algorytmem monitorowania sieci elektroenergetycznej, Przegląd Elektrotechniczny, (2012), nr 12a, 18
• [14] Chung D.W., Kim J.S. and Sul S.K., Unified voltage modulation technique for real-time three-phase power conversion, in IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 34, (1998), no. 2, 374-380, doi: 10.1109/28.663482.
• [15] Jasinski M., Wrona G., Piasecki S., Control of Grid Connected Converter (GCC) Under Grid Voltage Disturbances, Advanced and Intelligent Control in Power Electronics and Drives, Springer Book Series: Studies in Computational Intelligence, vol. 531 (2014), 91-142, doi:10.1007/978-3-319-03401-0_3
• [16] Kazmierkowski P., Jasinski M. and Wrona G., DSP-Based Control of Grid-Connected Power Converters Operating Under Grid Distortions, in IEEE Transactions on Industrial Informatics, vol. 7, (2011), no. 2, 204-211, doi: 10.1109/TII.2011.2134856
• [17] Li H., Ma Y., Ren R., and Wang F., SiC Impact On Grid Power Electronics Converters, 2020 IEEE Power & Energy Society General Meeting (PESGM), (2020), 1–5, doi: 10.1109/PESGM41954.2020.9281404.
• [18] Piasecki S. Zaleski J. Jasinski M. Bachman, S. Turzyński M. Analysis of AC/DC/DC Converter Modules for Direct Current Fast-Charging Applications, Energies, 2021, no. 14, 6369. https://doi.org/10.3390/en14196369

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).