Modeling, synthesis and operation of multiport-active bridge converters

• Modellierung, Synthese und Betrieb von Multiport-Active-Bridge Wandlern

Neubert, Markus; de Doncker, Rik W. (Thesis advisor); Biela, Jürgen (Thesis advisor)

Aachen : ISEA (2020)
Buch, Doktorarbeit

In: Aachener Beiträge des ISEA 152
Seite(n)/Artikel-Nr.: 1 Online-Ressource (ix, 227 Seiten) : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2020

Kurzfassung

Multiport-Active-Bridge (MAB) Wandler werden zur Kopplung von Gleichspannungsquellen und -lasten mit unterschiedlicher Spannung und Leistung eingesetzt. Sie ermöglichen einen multidirektionalen Leistungsfluss, bieten eine galvanische Trennung und können im Buck- und Boost-Modus arbeiten. Darüber hinaus sind MAB-Wandler ressourcenschonend und kosteneffizient. Damit sind sie eine Schlüsselkomponente für zukünftige Gleichstromnetze. In dieser Arbeit wird eine Modellierungsmethodik zur genauen Bestimmung der Lastwinkel und des Leistungsflusses von MAB-Wandlern vorgestellt. Die vorgestellte Methodik wird verwendet, um das charakteristische Verhalten eines dreiphasigen MAB-Wandlers mit drei Anschlüssen, d.h. eines dreiphasigen Triple-Active-Bridge (3ph-TAB) Wandlers, im Detail zu synthetisieren. Darüber hinaus wird eine verallgemeinerte weichschaltende Betriebsstrategie hergeleitet, die den Wirkungsgrad von MAB-Wandlern bei niedrigen Lasten und unterschiedlichen Anschlussspannungen deutlich erhöht. Im Anschluss an die Optimierung des stationären Verhaltens wird die genaue Kenntnis der Lastwinkel genutzt, um eine instantane Stromregelung zu implementieren. Mit Hilfe der Stromregelung kann an jedem Anschluss eines MAB-Wandlers ein voller Lastschritt innerhalb von einer Schaltperiode realisiert werden, ohne Schwingungen der Zwischenkreisströme zu verursachen. Die theoretischen Analysen und Simulationsergebnisse werden durch Messungen an einem entwickelten Testaufbau verifiziert, der aus zwei 3ph-TAB-Wandlern in einer Back-to-Back-Verbindung besteht. Jeder Wandler umfasst einen 5 kV Mittelspannungsanschluss und zwei Niederspannungsanschlüsse mit einer Nennspannung von 380 V und 760 V.

Einrichtungen

• Lehrstuhl für Stromrichtertechnik und Elektrische Antriebe [614510]
• Institut für Stromrichtertechnik und Elektrische Antriebe [614500]