Design und Implementierung eines modularen Solid-State-Transformer Haarware-in-the-Loop System

  • Motivation

    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 und Netzarten sind Solid-State-Transformatoren (SST) notwendig, die neben der Wandlung der Spannung auch die galvanische Trennung der Netzebenen realisieren. Diese SSTs können modular aus Dual-Active-Bridge (DAB) Zellen aufgebaut werden.

    Aus der Kombination von DABs zu einem SST stehen einige Freiheitsgrade des Systems zur Verfügung um einen intelligenten Betrieb des Gesamtsystems zu ermöglichen.

    Im Rahmen dieser Bachelorarbeit soll ein modulares HiL-System aufgebaut werden, bei dem die DABs dieses Systems einzeln emuliert werden. Durch den anschließenden Aufbau und Kombination der einzelnen Module kann die Betriebssteuerung und Regelung ohne realen Aufbau effizient und flexibel getestet und bei Fehlerszenarien untersucht werden.

     

    Aufgabenstellung

    Zunächst erfolgt die Einarbeitung in die Funktionsweise einer Dual-Active-Bridge (DAB) als Teil eines modularen SST. Ein digitaler Zwilling einer DAB mit ausreichender Berücksichtigung von parasitären Effekten soll auf einem FPGA realisiert werden. Diese einzelnen emulierten DABs sollen in dem ETI-internen SoC-System zusammengefasst und zu einem modularen SST-HiL-System aufgebaut und verschiedene Betriebsbereiche getestet werden.