Smart MV/LV distribution transformer for Smart Grid with active prosumer participation

Czasopismo : Acta Energetica
Tytuł artykułu : Smart MV/LV distribution transformer for Smart Grid with active prosumer participation

Autorzy :
Adamowicz, M.
Gdańsk University of Technology, madamowi@ely.pg.gda.pl,
Abstrakty : With the development of distribution networks and their gradual transformation into intelligent Smart Grid type networks the relevance and share of controlled power converter systems used as interfaces between energy sources and the grid, and between grid and the recipients, will grow. This paper elaborates on the concept of replacing conventional 50 Hz distribution transformers with intelligent distribution transformers. A solution of a three-stage smart distribution transformer of modular design is poposed, oriented to connecting prosumers as active recipients of electricity with enhanced reguirements, and owners of small renewable energy systems (RES). Two active stages: AC-DC on the MV side and DC-AC on the LV side provide the ability to comensate reactive power and shape voltage parameters. The simulation results presented here confirm that the smart transformer's intermediate stage, through the use of isolated DC-DC converters with high-speed semiconductor devices, provides the ability to quickly adjust the power flow between the primary and secondary sides.

Wraz z rozwojem sieci dystrybucyjnych i ich stopniowym przekształcaniem w inteligentne sieci typu Smart Grid będzie rosło znaczenie i udział sterowanych układów przekształtnikowych mocy stosowanych jako interfejsy pomiędzy źródłami energii a siecią oraz pomiędzy siecią a odbiorcami. W artykule rozwinięto koncepcję wymiany konwencjonalnych transformatorów dystrybucyjnych 50 Hz na inteligentrne transformatory dystrybucyjne. Zaproponowano rozwiązanie trójstopniowego inteligentnego transformatora dystrybucyjnego o budowie modułowej, zorientowanego na przyłączanie prosumentów jako aktywnych odbiorców energii o podwyższonych wymaganiach oraz właścicieli małych układów odnawialnych źródeł energii (OZE). Dwa stopnie aktywne: AC-DC po stronie SN oraz DC-AC po stronie nn zapewniają możliwość kompensacji mocy biernej i kształtowania parametrów napięcia. Przedstawione wyniki symulacji potwierdzają, że stopień pośredni transformatora inteligentnego, dzięki zastosowaniu izolowanych przetwornic DC-DC z szybkimi przyrządami półprzewodnikowymi, zapewnia możliwość szybkiej regulacji przepływu mocy pomiędzy stroną pierwotną i wtórną.

Słowa kluczowe : inteligentne sieci energetyczne, transformator dystrybucyjny, energoelektonika, Smart Grid, distribution transformer, power elecronics,
Wydawnictwo : ENERGA SA
Rocznik : 2012
Numer : nr 3
Strony : 4 – 14
Bibliografia : 1. Jiyuan F., Borlase S., The evolution of distribution, IEEE Power and Energy Magazine 2009, Vol. 7, No. 2, pp. 63–68.
2. Ipakchi A., Albuyeh F., Grid of the future. IEEE Power and Energy Magazine 2009, Vol. 7, No. 2, pp. 52–62.
3. California Utility Vision And Roadmap For The Smart Grid Of 2020, EPRI Electric Power Research Institute, Final project report, on-line http://www.energy.ca.gov/2011publications/CEC-500-2011-034/CEC-500-2011-034.pdf.
4. The German Roadmap. E-Energy / Smart Grid. German Commission for Electrical, Electronic & Information Technologies of DIN and VDE.
5. EDISON Project Report, on-line: http://www.edison-net.dk/Dissemination/ Reports.aspx.
6. Xu Z. i in., Towards a Danish Power System with 50% Wind – Smart Grids Activities in Denmark, Proc. IEEE Power & Energy Society General Meeting, 2009, pp. 1–8.
7. Czyżewski R., Babś A., Madajewski K., Smart Grids – selected objectives and directions of deistibution system operator actions, Acta Energetica 2012, Issue 8, pp. 31-35.
8. Adamowicz M. i in., Sterowanie rozdziałem energii w układach przekształtnikowych pojazdów elektrycznych i źródeł odnawialnych, Przegląd Elektrotechniczny (Electrical Review) 2012, Issue 4b, pp. 7–12.
9. Wang J., Huang A. Q., Sung W., Liu Y., Baliga B. J., Smart Grid Technologies. IEEE Industrial Electronics Magazine, June 2009, pp. 16–23.
10. Adamowicz M., Krzemiński Z., Strzelecki R., Hybrid Hihg-frequency-SiC and Line-frequency-Si based PEBB for MV Modular Power Converters, Proc. IEEE Conf. on Industrial Electronics IECO2012, Montreal, 2012, pp. 106.
11. Wang D. et al., Theory and application of a distribution electronic power transformer, Electric Power System Research 2009, Vol. 77, pp. 219–226.
12. Akagi H., Kitada R., Control and Design of a Modular Multilevel Cascade BTB System Using Bidirectional Isolated DC/DC Converters, IEEE Transactions On Power Electronics 2009, Vol. 26, No. 9, pp. 2457–2464.
13. Fan H., Li H., A High-Frequency Medium-Voltage DC-DC Converter for Future Electric Energy Delivery and Management Systems, Proc. 8th IEEE Conf. on Power Electronics – ECCE Asia, 2011, pp. 1031–1038.
14. Research on Voltage and Power Balance Control for Cascaded Modular Solid-State Transformer, IEEE Transactions On Power Electronics 2011, Vol. 26, No. 4, pp. 1154–1166.
15. Lu X. et al., Talk to Transformers: An Empirical Study of Device Communications for the FREEDM System, Proc. IEEE Smart Grid Communications (SmartGridComm), 2011, pp. 303–308.
16. Hõimoja H., Vasiladiotis M., Rufer A., Power interfaces and storage selection for an ultrafast EV charging station, Proc. IEEE Conf. on Power Electronics, Machines and Drives, University of Bristol, UK, 27-29 March 2012.
17. Das M. K. i in., 10 kV, 120 A SiC Half H-Bridge Power MOSFET Modules Suitable for High Frequency, Medium Voltage Applications, Proc. IEEE Energy Conversion Congress and Exposition ECCE, 2011, pp. 2689–2692.
18. UNIFLEX PM, Advanced Power Convertors for Universal and Flexible Power Management in Future Electricity Networks, on-line: http://www.eee.nott.ac.uk /unifl ex/Project.htm.
19. Rodriguez J. in., Predictive Current Control of a Three-Phase Four-Leg Inverter, Proc. 14th IEEE Power Electronics and Motion Control Conference (EPE/PEMC), 2010, pp. 106-110.
20. Wojciechowski D., High Power Grid Interfacing AC-DC PWM Converters with Power Conditioning Capabilities, Proc. IEEE Conf. on Industrial Electronics IECON2012, Montreal, 2012, pp. 1–6.
21. Jain A. K., Ayyanar R., PWM Control of Dual Active Bridge: Comprehensive Analysis and Experimental Verifi cation, IEEE Transactions On Power Electronics 2011, Vol. 26, No. 4, pp. 1215–1227.
DOI :
Cytuj : Adamowicz, M. , Smart MV/LV distribution transformer for Smart Grid with active prosumer participation. Acta Energetica nr 3/2012
facebook