Na łamach czasopisma naukowego Energies ukazał się artykuł naukowy pt. Modular, Multiport AC-DC Converter with Add-On HF Isolating Units, którego współautorami są eksperci z AREX (WB GROUP): Paweł Milewski, Dyrektor ds. Rozwoju oraz Paweł B. Derkacz, Projektant Energoelektronik. W zespole autorskim znaleźli się również Daniel Wojciechowski z Wydziału Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej oraz Natalia Strzelecka i Ryszard Strzelecki z Wydziału Elektrotechniki Uniwersytetu Morskiego w Gdyni.
Publikacja przedstawia nową koncepcję modułowego przekształtnika energoelektronicznego umożliwiającego dwukierunkowy przepływ energii między portami prądu przemiennego i stałego. Artykuł dotyczy opracowania i przetestowania nowej koncepcji modułowego, wieloportowego i dwukierunkowego przekształtnika AC–DC.
Rozwiązanie umożliwia dołączanie dodatkowych, izolowanych portów DC do standardowego falownika lub prostownika PWM bez konieczności modyfikowania jego głównego układu ani systemu sterowania. Najważniejszą zaletą proponowanej konstrukcji jest jej modułowość, skalowalność i stosunkowo mała liczba tranzystorów, przy jednoczesnym zachowaniu wysokiej sprawności.
Układ umożliwia również dwukierunkowy przepływ energii pomiędzy portami AC i DC, dzięki czemu może znaleźć zastosowanie m.in. w systemach ładowania pojazdów elektrycznych, rozwiązaniach V2G, instalacjach fotowoltaicznych oraz magazynach energii.
Modułowa rozbudowa bez ingerencji w układ
Podstawą opracowanej koncepcji jest wieloportowy i dwukierunkowy przekształtnik AC–DC typu Dual Active Module. Do standardowego przekształtnika można dołączać kolejne moduły HF–DC, uzyskując dodatkowe porty prądu stałego odseparowane elektrycznie od pozostałej części systemu. Moduły nie wymagają modyfikowania głównego obwodu urządzenia ani jego systemu sterowania. Pozwala to dostosować liczbę portów do potrzeb konkretnego zastosowania przy zachowaniu minimalnej liczby tranzystorów mocy.
Po co systemom energetycznym wiele portów?
Rozwój elektromobilności, magazynów energii i odnawialnych źródeł zwiększa zapotrzebowanie na rozwiązania umożliwiające przesyłanie energii pomiędzy wieloma źródłami i odbiornikami. Stosowane obecnie układy często wymagają jednak rozbudowanej, dwustopniowej konstrukcji, co zwiększa liczbę elementów i może powodować dodatkowe straty energii. Autorzy artykułu proponują rozwiązanie, które łączy modułowość z prostszą architekturą konwertera.
Co wpływa na sprawność konwertera?
Koncepcję zweryfikowano za pomocą analiz, symulacji i badań laboratoryjnego przekształtnika o mocy 20 kW, pracującego z napięciem wyjściowym od 500 do 800 V DC. Wyniki potwierdziły prawidłowe działanie systemu oraz możliwość przesyłania energii w obu kierunkach pomiędzy jego portami. Układ pracuje najkorzystniej przy odpowiednim dopasowaniu napięć oraz gdy obciążenie dodatkowych portów izolowanych nie przekracza obciążenia podstawowego portu przekształtnika.
Autorzy przeanalizowali również wpływ sposobu sterowania i rozkładu obciążenia na sprawność systemu, wskazując jednocześnie elementy wymagające dalszej optymalizacji.
