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超级电网研究所

一个高效和紧凑的电源转换器,使未来的超级电网

超级电网研究所是一个低碳能源领域的合作研究平台,汇集了行业和公共研究的专业知识,促进公私投资和利益相关者之间的密切合作。

该研究所开发超级电网技术——未来的电力传输网络,用于在长达几千公里的距离上传输千兆瓦的能源。超级电网将允许来自海上或偏远地区的可再生能源在需要的地方使用,如工业区和城市。它们将有助于管理可再生能源的间歇性,并确保网络的稳定性和安全性。

为了尽可能高效地传输电力,超级电网将在非常高的电压(大约一百万伏特)下使用直流电(DC)和交流电(AC)。该研究所正通过对转换技术、电网架构、故障保护、电缆和线路以及稳定和存储的研究来支持这一研究。

“多亏了MathWorks和Speedgoat工具,我们可以专注于为电力转换器设计控制系统的目标。”

“由于MATLAB和Simulink和Speedgoat之间的完全兼容,从设计模型到实时软件的转换非常快。”

Speedgoat目标机在复杂的电磁环境(E = 1V/m)中提供了快速和稳健的开关半导体控制。”

Piotr Dworakowski,超级电网电力转换器小组组长

成功的故事

直流输电

直流输电比交流输电更高效,因为没有无功功率,输电损耗更低。然而,改变电压水平是非常困难的,因为经典变压器不工作。

超级电网研究所的电源转换器团队希望开发一种新的高压、大功率DC-DC电源转换器,这将是一种使直流传输成为可能的技术。

直流输电

控制

为了提高效率,新的功率转换器被设计为工作在20khz。由于碳化硅晶体管的开关损耗非常低,这样高的频率是可能的。然而,控制非线性,快速开关变换器提出了重大的挑战。

快速控制原型

该团队希望在DC-DC转换器的开发中使用基于模型的设计,以允许他们使用快速和敏捷的开发周期。他们决定使用Speedgoat Performance实时目标机作为控制器,因为它使他们能够使用MATLAB和Simulink设计、自动生成并通过非常快的迭代将实时应用程序下载到目标机器。

他们使用Simulink和HDL Coder开发算法来运行在目标机器的FPGA上:功率晶体管环序,模拟测量和处理,和功率电路保护。他们还使用FPGA的板上模拟和数字I/O来实现所需的非常高的采样率。

目标机的数字输出通过接口板和栅极驱动器用于驱动功率晶体管。数字输入接收来自电源模块的反馈,模拟输入测量电流和电压。

快速控制原型

成功

该团队成功地测试了紧凑的1千伏,100千瓦的DC-DC电源转换器,在开始设计的一年内,效率达到98%。该变换器是世界上为数不多的高效率、中频DC-DC功率变换器之一。

该团队目前正在研究新的概念,包括使用分布式光纤网络控制的多级转换器。


MathWorks软件使用

  • MATLAB®
  • 动态仿真模块®
  • 高密度脂蛋白编码器™
  • 仿真软件编码器™
  • 仿真软件实时™

相关成功案例

资源



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