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超级电网研究所:使未来超级电网成为可能的高效和紧凑的电力转换器

“感谢MathWorks和Speedgoat工具,我们可以专注于我们的目标,为电力转换器设计控制系统。”

“由于MATLAB & Simulink和Speedgoat之间的完全兼容性,从设计模型到实时软件的过渡非常快。”

“该Speedgoat目标机,提供了开关半导体的快速和鲁棒控制在一个困难的电磁环境(E = 1V /米)”。

Piotr Dworakowski,超级电网变换器的组长

超级电力研究所是一个合作研究平台,在低碳能源领域,汇集行业和公共研究的专业知识,并促进公共和私营部门的投资和利益相关者之间的密切合作。

该研究所为超级电网开发技术。超级电网是未来的电力传输网络,可以在数千公里的距离上传输数十亿瓦的能源。超级电网将允许来自近海或偏远地区的可再生能源在需要的地方、工业区和城市使用。它们将有助于管理可再生能源的间歇性,并确保网络的稳定和安全。

为了尽可能有效地supergrids将在非常高的电压(大约一百万伏特)利用直流电(DC)和交流电(AC)的发射功率。该研究所与研究转化技术,网格架构,故障保护,电缆和电线,以及稳定和存储支持这一点。

直流输电

直流输电

直流输电比交流输电更有效,因为它没有无功功率,而且输电损耗更低。然而,由于传统的变压器不工作,在电压水平之间改变要困难得多。

超级电网研究所的电力转换器团队想要开发一种新的高压、高功率的DC-DC电力转换器,它将成为直流传输的一种使之成为可能的技术。

控制

为了提高效率,新的电力转换器被设计为在20khz工作。这样高的频率是可能的,因为硅碳化硅晶体管非常低的开关损耗。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

该小组希望使用基于模型的设计的DC-DC转换器的发展,使他们能够使用快速和敏捷的开发周期。他们决定一个的Speedgoat性能的实时目标机上作为控制器,因为它使他们能够使用MATLAB和Simulink的设计,自动生成并下载实时应用到目标机器具有非常快速的迭代。

他们使用Simulink和HDL编码器开发了在目标机FPGA上运行的算法:功率晶体管环序、模拟测量和处理、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门驱动器驱动功率晶体管。数字输入接收反馈从功率模块,和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98%的效率,设计之初的一年内。该转换器是只有极少数的操作效率高,中频DC-DC功率转换器在世界之一。

该小组目前正在研究新的概念,包括使用过的光纤网络的分布式控制的多级转换器。

使用MathWorks公司的软件

  • MATLAB®
  • 仿真软件®
  • 高密度脂蛋白CoderTM
  • Simulink的CoderTM
  • 仿真软件Real-TimeTM

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