Auslegung, Entwurf und Inbetriebnahme einer Leistungszelle für einen modularen Solid-State-Transformer

  • Motivation

    Das Stromnetz ist derzeit fast ausschließlich als 50Hz-Wechselstromnetz ausgeführt. Transformatoren verbinden die unterschiedlichen Netzebenen miteinander. Durch die Energie- und Verkehrswende nimmt durch den Zubau von Photovoltaik, Windenergie und Elektrofahrzeug-Ladestationen der Anteil an Gleichspannungs-Erzeugern und -Verbrauchern zu. Am ETI wird daher an Umrichtern für zukünftige DC-Netze und hybride AC/DC-Netze geforscht. Zur Kopplung unterschiedlicher Netzebenen sind Solid-State-Transformatoren (SST) notwendig, die neben der Wandlung der Spannung auch die galvanische Trennung der Netzebenen realisieren.

    Am ETI soll ein modularer SST zur Kopplung eines 750 V-DC-Netzes mit dem 400 V-AC-Netz realisiert werden. Die einzelnen Umrichterzellen sollen über die notwendige Leistungselektronik, einen Mittelfrequenztransformator, die Steuereinheit sowie Komponenten zur Erhöhung der Ausfallsicherheit des SSTs verfügen.

    Im Rahmen dieser Masterarbeit soll ein solche SST-Zelle mit einer Nennleistung von 2,5 kW ausgelegt, entworfen und in Betrieb genommen werden.

    Aufgabenstellung

    • Einarbeitung in die Funktionsweise und den Aufbau eines Solid-State-Transformers
    • Auswahl einer geeigneten Zelltopologie
    • Auslegung der Komponenten des Leistungsteils
    • Schaltungsdesign und Entwicklung des Platinenlayouts
    • Inbetriebnahme der Platine mit der lokalen Steuereinheit