Journal : Acta Energetica
Article : Power Electronics Building Blocks for implementing Smart MV/LV Distribution Transformers for Smart Grid

Authors :
Adamowicz, M.
Gdańsk University of Technology, madamowi@ely.pg.gda.pl,
Abstract : With an observed increase in the involvement of active consumers in activities aimed at improving energy efficiency and increasing interest in producing energy from renewable sources, there is a need for the development of new technologies enabling the distribution network operators to offer new services and functionalities. Smart MV/LV distribution transformers are characterized by a compact three-stage design, including an input stage in the form of a controlled power electronic AC-DC converter on the MV side, intermediate stage in the form of a DC-DC converter with isolation implemented at high frequency and an output stage in the form of controlled power electronic DC-AC converter on the LV side. Topologies and functionalities of basic subsystems of smart distribution transformer are discussed in the paper using the Power Electronics Building Blocks concept. The recent results of investigations carried out at Gdańsk University of Technology are also presented.

Przy coraz większym zaangażowaniu aktywnych odbiorców w działania mające na celu poprawę efektywności wykorzystania energii oraz wzroście zainteresowania wytwarzaniem energii z odnawialnych źródeł konieczne staje się opracowanie rozwiązań technologicznych, które umożliwią operatorom sieci dystrybucyjnych rozwój nowych usług i funkcjonalności. W odróżnieniu od konwencjonalnych transformatorów, inteligentne transformatory dystrybucyjne, będące w fazie opracowań, wykorzystują w swej budowie szybkie przyrządy półprzewodnikowe dużej mocy i obwody magnetyczne wysokiej częstotliwości, zapewniając sterowanie dwukierunkowym przepływem energii oraz płynną regulację parametrów napięcia sieci. Z założenia inteligentne transformatory dystrybucyjne charakteryzują się budową modułową. W artykule autor omówił podstawowe energoelektroniczne moduły funkcjonalne, z których realizowane są inteligentne transformatory dystrybucyjne, oraz przedstawił wyniki badań prowadzonych na Politechnice Gdańskiej nad budową modelu inteligentnego transformatora.

Keywords : inteligentne sieci energetyczne, transformator dystrybucyjny, energoelektronika, Smart Grid, distribution transformer, power electronics,
Publishing house : ENERGA SA
Publication date : 2014
Number : nr 4
Page : 6 – 19

Bibliography
: 1. Benysek G. et al., Power Electronic Systems as a Crucial Part of Smart Grid Infrastructure – A Survey, Bulletin of the Polish Academy of Sciences, Vol. 59, No. 4, Dec. 2011, pp. 455–473.
2. Czyżewski R., Babś A., Madajewski K., Smart grids – selected objectives and directions of distribution system operator actions, Acta Energetica 2011, No. 8, pp. 31–35.
3. She X. et al., On Integration of Solid-State Transformer with Zonal DC Microgrid, IEEE Transactions On Smart Grid, Vol. 3, No. 2, June 2012, pp. 975–985.
4. Aggeler D., Biela J., Kolar J.W., Solid-State Transformer Based on SiC JFETs for Future Energy Distribution Systems, Proceedings of the Smart Energy Strategies Conference (SES ’08), Zurich, Switzerland, Sep. 8–10, 2008
5. Wang J. et al., Smart Grid Technologies. Development of 15-kV SiC IGBTs and Their Impact on Utility Applications, IEEE Industrial Electronics Magazine, June 2009, pp. 16–25.
6. Adamowicz M. et al., Performance Comparison of SiC Schottky Diodes and Silicon Ultra-Fast Recovery Diodes, Proc. IEEE Conf. CPE (2011), June 1–3 CD-ROM.
7. Discrete IGBTs, Very High Voltage NPT IGBTs (2500 V – 4000 V) online, http://ixdev.ixys.com/.
8. Mühlethaler J.M. et. al., Improved Core-Loss Calculation for Magnetic Components Employed in Power Electronic Systems, IEEE Transactions on Power Electronics 2012, Vol. 27, No. 2, pp. 964–973.
9. Zhao T. et al., Voltage and Power Balance Control for a Cascaded H-Bridge Converter-Based Solid-State Transformer, IEEE Transactions on Power Electronics 2013, Vol. 28, No. 4, pp. 1523–1532.
10. Jain A.K., Ayyanar R., PWM Control of Dual Active Bridge: Comprehensive Analysis and Experimental Verifcation, IEEE Transactions On Power Electronics 2011, Vol. 26, No. 4, pp. 1215–1227.
11. Adamowicz M., Smart MV/LV distribution transformer for Smart Grid with active prosumer participation, Acta Energetica 2012, No. 3, pp. 4–9.
12. Ericsen T. et al., PEBB – Power Electronics Building Blocks, from Concept to Reality, Proc. IET Conf. on Power Electronics, Machines and Drives, 2006, pp. 12–16.
13. Adamowicz M., Strzelecki R., Krzemiński Z., Hybrid High-frequency- SiC and Line-frequency-Si based PEBB for MV Modular Power Converters, Proc. 38th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society IECON (2012), Montreal, Canada.
14. IEEE Guide for Control Architecture for High Power Electronics (1 MW and Greater) Used in Electric Power Transmission and Distribution Systems IEEE Std 1676-2010, 2011, pp. 1–47.
15. Monti A., Ponci F., PEBB Standardization for High-Level Control: A Proposal, IEEE Transactions on Industrial Electronics 2012, Vol. 59, No. 10, pp. 3700–3709.
16. Adamowicz M. i in., Układy sterowania bramkowego tranzystorów z węglika krzemu SiC JFET w falownikach napięcia Gate control circuits for SiC JFETsilicon carbide transistors in voltage inverters, Przegląd Elektrotechniczny 2012, Vol. 88, No. 4B, pp. 1–6.
17. Ortiz G., Biela J., Kolar J.W., Optimized design of medium frequency transformers with high isolation requirements, Conference on IEEE Industrial Electronics Society IECON 2010, pp. 631–638.
18. Stadler A., Gulden C., Improved thermal design of a high frequency power transformer, European Conf. on Power Electronics and Applications EPE 2011, pp. 1–9.
DOI :
Qute : Adamowicz, M. ,Adamowicz, M. , Power Electronics Building Blocks for implementing Smart MV/LV Distribution Transformers for Smart Grid. Acta Energetica nr 4/2014
facebook