M. Sc. Tobias Merz

M. Sc. Nikolas Menger

Marcus Zöllinger

Motivation
Das europäische Verbundnetz (ENTSO-E) ist derzeit fast ausschließlich als 50 Hz-Wechselstromnetz
ausgeführt. Transformatoren verbinden die unterschiedlichen Netzebenen miteinander. Durch die Energieund
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.
Um die Funktionsweise einer dieser modularen Zellen genauer untersuchen zu können, soll am ETI ein
Prototyp dieser unskalierten DAB entwickelt werden. Diese soll galvanisch trennend, bidirektional Leistung
zwischen einer 750 V und einer 1800 V Seite übertragen können. Diese Zelle soll über die notwendige
Leistungselektronik, den Mittelspannungs-Mittelfrequenztransformator sowie eine eigene Steuereinheit
verfügen.
Im Rahmen dieser Masterarbeit soll eine DAB-Zelle mit einer Nennleistung von ca. 500 kW als Teil eines
modularen SSTs ausgelegt, entworfen und in Betrieb genommen werden.

Aufgabenstellung
Zunächst erfolgt die Einarbeitung in die Funktionsweise und den Aufbau einer Dual-Active-Bridge (DAB) als
Teil eines modularen Solid-State-Transformers. Anhand der geltenden Normen für den Einsatz in einem
Umrichter für die Mittelspannung werden die Komponenten des Leistungsteils der DAB ausgelegt.
Der mechanische Aufbau dieser Zelle soll mithilfe einer CAD-Konstruktion geplant und umgesetzt werden.
Ergänzend werden Platinen zur Signalaufbereitung entworfen, validiert und in das System eingebunden.
Abgeschlossen wird die Arbeit durch die Inbetriebnahme der DAB-Zelle.