effiDCent
Intelligente Energiespeicher
Der Anspruch an immer energieeffizienteren Systemen ist auch in der Produktion angekommen. Daher sollen moderne Fabriken zukünftig mit Gleichstrom betrieben werden. Durch die Nutzung von Gleich- anstatt Wechselstrom ergeben sich deutliche Vorteile. Zum einem entfallen die Wechselstromverluste entlang der Leitung und zum andere lässt sich die Energie in einem DC-System deutlich einfacher verteilen als in einem konventionellen AC-Netz. Die Wandler, die im AC-Netz an jedem Verbraucher und an jeder Quelle vorhanden sind, sind nicht immer rückspeisefähig. Die Attraktivität von DC-Systemen wird zusätzlich durch Einsparung von kostbaren Ressourcen wie Kupfer erhöht, weil weniger Leiter notwendig sind.
Um das volle Potential der DC-Netze zu nutzen werden im Rahmen des Projektes effiDCent am Lehrstuhl für Energiewandlung intelligente Energiespeicher entwickelt. Diese Energiespeicher tragen maßgeblich zur Stabilisierung des Systems dazu. Aufgebaut sind die Speicher aus einem Superkondensator und einem bidirektionalen DC/DC-Wandler. (2kW, 48V/650V, Effizienz bis 97%) Die Energiespeicher werden an mehreren Stellen im System platziert um Lastspitzen, die beispielsweise beim Anlaufen eines Motors entstehen, schnell kompensieren zu können. Sobald das System wieder im Leerlauf ist, wird der Superkondensator des Speichers wieder geladen. Die zentrale AC/DC- Einspeisung und auch der Leitungsquerschnitt werden verkleinert, da das System nur noch für den Durchschnittsbetrieb ausgelegt werden muss.
Im Projekt effiDCent werden bewegte Lasten, die an entlang einer Stromschiene bewegen, genutzt. Es ist wünschenswert die Größe und auch das Gewicht der bewegten Lasten in Größe und Gewicht zu reduzieren, daher wird die Zwischenkreiskapazität der einzelnen Verbraucher entfernt und entlang der Leitung äquidistant verteilt. Das Stabilitäts- und Fehlerverhalten eines solchen Systems wird ebenfalls am Lehrstuhl erforscht.
- Entwicklung von schnellschaltender, hocheffizienter Leistungselektronik für bidirektionalen Leistungsfluss bis 2kW
- Transformatoroptimierung und Charakterisierung mittels Finiter-Elemente-Methode (FEM) und moderner Messtechnik
- Entwurf von mathematischen Modellen für Wandler und Komponenten des DC-Systems, die zur schnelleren Simulation des Gesamtsystems verwendet werden.
- Implementierung von modernen Reglungstechniken für DC/DC-Wandler
- Analyse von Stabilitäts- und Fehlerverhalten in DC-Systemen
Dieses Vorhaben wird durch die Europäische Union und das Land NRW unter dem Förderkennzeichen EFRE-0801621 gefördert.
Kontakt
Publikationen
Lenzen, P.; Pilgrim, K.; Pfost, M.: DC Conductor Rail with Distributed DC Link Capacitors, IEEE Fourth International Conference on DC Microgrids (ICDCM2021), Arlington (virtuell), VA, USA, 07.2021, DOI: 10.1109/ICDCM50975.2021.9504672
Lenzen, P.; Pfost, M.: Optimized Control Scheme to Achieve ZVS for the Complete Pre-Charging Phase of Supercapacitors with a 500 kHz SiC- and GaN-Based Dual Active Bridge, European Conference on Power Electronics and Applications (EPE'22 ECCE Europe), Hannover, Germany, 09.2022, ISBN: 978-9-0758-1539-9
Lenzen, P.; Pfost, M.: 500 kHz SiC- and GaN-based Dual Active Bridge with Voltage Conversion between 48 V and 650 V, International Exhibition and Conference for Power Electronics, Intelligent Motion, Renewable Energy and Energy Management (PCIM Europe 2022), Nürnberg, Germany, 05.2022, DOI: 10.30420/565822014
K. Pilgrim, P. Lenzen and M. Pfost, "Filter Design for DC Grids with Distributed Link Capacitors," NEIS 2021; Conference on Sustainable Energy Supply and Energy Storage Systems, 2021, pp. 1-5., Print ISBN:978-3-8007-5651-3