Konzepte für die nächste Generation von leistungselektronischen Umrichtern

Neue Bauelemente und Technologien

Im Thema Neue Bauelemente und Technologien beschäftigen wir uns mit folgenden Arbeitsgebieten

 

Leistungselektronik für Mittelspannungs­anwendungen

 

Effiziente und hochfrequente Leistungselektronik

Der Einsatz von innovativen Technologien in der Leistungselektronik wie z.B. Transistoren auf Basis von Siliziumcarbid (SiC) oder Galliumnitrid (GaN) eröffnet viele Möglichkeiten. Halbleitertransistoren haben einen direkten Einfluss auf Taktfrequenz und Effizienz des Systems, begrenzen dessen Leistungsdichte und thermisches Design und wirken sich auf Dimensionierung der passiven Bauelemente und Gesamtsystemkosten aus. Durch extrem geringe Schaltverluste bei gleichzeitig niedrigen Durchlassverlusten von wide band-gap Transistoren können Schaltungen mit hohen Taktfrequenzen und hohem Wirkungsgrad realisiert werden. Zusätzlich kann der Aufwand für passive Bauelemente, insbesondere bei Drosselspulen, deutlich reduziert werden. Dies ermöglicht moderne Aufbautechniken sowie kostengünstigere Gerätegenerationen.

Aufgrund des hohen Bandabstandes und der hohen Durchbruchfeldstärke sind SiC-Transistoren auch für hohe Sperrspannungen, typischerweise größer 10 kV, fertigbar. Durch die geringen Schaltverluste und niedrigen Durchlassverluste können um den Faktor 10 höhere Schaltfrequenzen als bei vergleichbaren Schaltungen mit IGBTs aus Silicium (Si) erzielt werden. Dadurch reduzieren sich Schaltungsaufwand und Größe von induktiven Bauteilen erheblich. Es können somit kompakte und effiziente Mittelspannungsumrichter mit und ohne galvanische Trennung aufgebaut werden. Neben den erneuerbaren Energien eröffnen sich dadurch für Hochvolt-SiC-Halbleiter weitere Anwendungsgebiete wie z.B. für Schaltungen zur Kompensation von Oberwellen bis in den kHz-Bereich oder für mobile Applikationen, wie z.B. in der Bahn.

 

 

Ausgewählte Forschungsprojekte

 

GaN-resonant

Effiziente, hochkompakte Hochfrequenz-Leistungselektronik mit GaN-Transistoren

Bruno Burger

Contact Press / Media

Prof. Dr. Bruno Burger

Leistungselektronik für Mittelspannungsanwendungen, Effiziente und hochfrequente Leistungselektronik

Fraunhofer ISE
Heidenhofstr. 2
79110 Freiburg

Telefon +49 761 4588-5237

Kerstin Jolas

Contact Press / Media

Kerstin Jolas

Assistenz

Fraunhofer ISE
Heidenhofstr. 2
79110 Freiburg

Telefon +49 761 4588-5227

Veröffentlichungen

 

YearTitle/AuthorDocument Type
2017Comparison of FPGA based control strategies (DDSRF-PI vs. State-Space Control) for grid connected inverters under grid disturbances
Mittwede, E.; Kern, J.; Schönberger, S.; Stickan, B.
Conference Paper
2017DC arc fault scenarios and detection methods in battery storage systems
Eger, F.; Bopp, G.; Freiberger, D.; Lang, N.; Laukamp, H.; Rouffaud, G.
Conference Paper
2017Highly efficient and compact single phase PV inverter with GaN transistors at 250 kHz switching frequency
Derix, D.; Hensel, A.; Freiche, R.
Conference Paper
2017Large scale investigation of harmonic summation in wind- and PV-power plants
Ackermann, Florian; Moghadam, Hasanali; Rogalla, Sönke; Santjer, Fritz; Athamna, Issam; Klosse, Rainer; Malekian, Kaveh; Adloff, Stephan; Meyer, Marc Florian; Kaatz, Gesa; Schulz, Detlef; Bitz, Alexander; Schaefer, Nils; Fricke, Bjoern; Ghouti, Mohamad El
Conference Paper
2017Lichtbögen und elektrische Sicherheit in PV-Heimspeichersystemen: Vortrag gehalten auf der 4. Deutschen Photovoltaikbetriebs- und Sicherheitstagung 2017, Berlin, 19. - 20. Oktober 2017
Laukamp, H.; Tschupp, J.
Presentation
2017Loss-reduced reactive power control strategies for transmission system support with renewable energy sources
Köppe, H.; Engel, B.; Grab, R.; Rogalla, S.
Conference Paper
2017Model predictive control of a 3-phase grid-connected B6-inverter with LCL-filter in abc-coordinates
Stickan, Benjamin; Reichert, Stefan; Diehl, Moritz
Conference Paper
2017Modular and compact 1 MW inverter in one 19ʺ rack for storage and PV
Hercegfi, Patrick; Schönberger, Stefan
Conference Paper
2017Modulation scheme to improve the efficiency for low load operating points for a dual active bridge DC/DC-converter
Khani, M.
Conference Paper
2017Symbiotic operation of wind and PV farms connected to the high voltage grid
Grab, R.; Rogalla, S.
Conference Paper
2017Untersuchung verschiedener Topologien zum Aufbau eines höchstintegrierten PV-Modulwechselrichter mit GaN-Transistoren
Hensel, A.; Schöner, C.; Fuller, M.
Poster
2016Central inverters and PV power plant concepts: Basic requirements, circuits, efficiency, reliability, cooling, power plant concepts, development trends, system design of PV power plants
Rogalla, S.
Conference Paper
2016Design and development of LLC DC/DC converter for fuel cell range extender application
Mahajan, A.; Reichert, S.
Conference Paper
2016Dynamische Stabilität von PV-Dieselsystemen
Singer, R.
Conference Paper
2016Grid codes for PV inverters: International requirements, low voltage ride trough (LVRT), inverter efficiency, harmonics, measurement results, field experience
Rogalla, S.
Conference Paper
2016Investigation of 3-level-topology MNPC for aerospace applications with SiC-MOSFET-based power modules
Schöner, C.; Hensel, A.; Zambrano Cambero, J.C.
Conference Paper
2016Microgrids and PV-Diesel Systems
Rogalla, S.
Conference Paper
2016A novel control algorithm for grid-connected inverters improving power quality using voltage control and virtual impedance
Reichert, S.; Stickan, B.
Conference Paper
2016Source-driven and resonance-driven harmonic interaction between PV inverters and the grid
Rogalla, S.; Ackermann, F.; Bihler, N.; Moghadam, H.; Stalter, O.
Conference Paper
2016Stability analysis of droop-control in diesel-hybrid systems
Reichert, S.; Singer, R.
Conference Paper
2016Symbiotic Operation of Large Photovoltaic and Wind Power Plants
Grab, R.; Ackermann, F.; Rogalla, S.
Conference Paper
2016Übersicht: PV-Diesel-Systeme
Rogalla, S.
Conference Paper
2015Comparison of different control strategies for series-series compensated inductive power transmission systems
Tritschler, J.; Goeldi, B.; Reichert, S.; Griepentrog, G.
Conference Paper
2015Elektrische Instabilitäten von PV-Kraftwerken - Verborgene Risiken für Qualität und Lebensdauer
Dötter, G.
Conference Paper
2015Photovoltaics in microgrids. An overview of grid integration and energy management aspects
Bacha, S.; Picault, D.; Burger, B.; Etxeberria-Otadui, I.; Martins, J.
Journal Article
2015Prüfungsmethoden und -ergebnisse von Lichtbogendetektoren
Dötter, G.
Conference Paper
2015Solarenergie zur Stromerzeugung
Kiefer, K.
Book Article
2015Zukunftsfähige Systemtechnik für PV-Großkraftwerke mit erhöhtem Spannungsniveau
Liese, S.; Rogalla, S.; Schönberger, S.; Venkatapathi, R.
Conference Paper
2014Central Inverters
Rogalla, S.,
Conference Paper
2014Dynamische Netzstützung großer Solarparks - Zertifizierung, Modellierung und Realität
Grab, R.; Dötter, G.; Bihler, N.; Rogalla, S.
Conference Paper
2014A future German energy systen with a dominating contribution from renewable energies: A holistic model based on hourly simulation
Palzer, A.; Henning, H.-M.
Journal Article
2014Grenzen und Heterogenität derzeitiger TR4-Modelle - Analyse unterschiedlicher Herangehensweisen für die Simulation von Wechselrichtern an Hand bestehender Modelle aus der Praxis
Bihler, N.; Grab, R.; Dötter, G.; Rogalla, S.
Conference Paper
2014A Highly Efficient DC-DC-Converter for Medium-Voltage Applications
Thoma, J.; Chilachava, D.; Kranzer, D.
Conference Paper
2014Hoch effiziente induktive und konduktive Ladesysteme für die Elektromobilität durch den Einsatz von SiC Halbleitern: Vortrag gehalten auf dem 3. Symposium Elektromobilität 2014, Ostfildern/Stuttgart, Germany, 20.05.2014
Reichert, S.; Tritschler, J.; Goeldi, B.
Presentation
2014Lichtbogendetektion in PV-Anlagen: Vortrag gehalten bei 3. Workshop PV-Brandschutz 2014, Köln, 03.04.2014
Grab, R.; Häberlin, H.; Borgna, L.
Presentation
2014Messtechnische Überprüfung der Summationsgesetze für Oberschwingungsemissionen: Überlagerung der Oberschwingungsemissionen von parallel betriebenen Solarwechselrichtern am Netzanschlusspunkt
Ackermann, F.; Dötter, G.; Singer, R.; Bihler, N.; Rogalla, S.
Conference Paper
2014Messtechnische Überprüfung der Summationsgesetze für Oberschwingungsemissionen: Überlagerung der Oberschwingungsemissionen von parallel betriebenen Solarwechselrichtern am Netzanschlusspunkt
Ackermann, F.; Dötter, G.; Singer, R.; Bihler, N.; Rogalla, S.
Conference Paper
2014Power Electronics for Utility Scale PV Power Plants with Voltages Up to +/- 1500 VDC
Görden, T.; Liese, S.; Rogalla, S.; Venkatapath, R.
Conference Paper
2014A practical investigation of a high power, bidirectional charging system for electric vehicles
Tritschler, J.; Reichert, S.; Goeldi, B.
Conference Paper
2014Rethinking solar resource assessments in the context of global dimming and brightening
Müller, B.; Wild, M.; Driesse, A.; Behrens, K.
Journal Article
2014Stable Operation of PV Plants to Achieve Fault Ride Through Capability - Evaluation in Field and Laboratory Tests
Doetter, G.; Ackermann, F.; Bihler, N.; Grab, R.; Rogalla, S.; Singer, R.
Conference Paper
2014System technology for the next generation village energy supply
Eberlin, M.; Reiners, F.; Stalter, O.; Franz, S.
Conference Paper
2014Techno-Economic Analysis of Utility Scale PV Power Plants with up to +/- 1500 VDC
Malachi, R.; Schönberger, S.; Mayer, J.; Kasemann, M.
Conference Paper
2014Testing PV central inverters' compliance with international grid codes
Grab, R.; Rogalla, S.; Singer, R.; Dötter, G.
Conference Paper
2013Analyse des Verbundbetriebs von PV-Zenteralwechselrichtern während Netzfehlern
Dötter, G.; Bihler, N.; Ackermann, F.; Singer, R.; Rogalla, S.; Burger, B.
Conference Paper
2013Analysis of power losses of a grid connected PV inverter with Si- and SiC-transistors for generation of reactive power
Wilhelm, C.; Thoma, J.; Derix, D.
Conference Paper
2013Design and dimensioning of a highly efficient 22 kW bidirectional inductive charger for E-mobility
Goeldi, B.; Reichert, S.; Tritschler, J.
Conference Paper
2013Erarbeitung neuer Prüfmethoden für Lichtbogendetektoren: Vortrag gehalten auf dem 2. Workshop PV-Brandschutz, 24.01.2013, Freiburg
Grab, R.; Schmitz, R.
Presentation
2013Hocheffiziente, brührungslose und bidirektionale Energieübertragung für die Elektromobilität
Tritschler, J.; Reichert, S.; Goeldi, B.
Conference Paper
2013Innovative Leistungselektronik für photovoltaische Inselsysteme mit hybrider Blei-Lithium Batterie
Eberlin, M.; Reiners, F.; Stalter, O.
Conference Paper
2013Intelligenter Strommarkt 2020 - Flexibilisierung von Last- und Stromerzeugung
Gölz, S.; Erge, T.; Hollinger, R.; Laukamp, H.
Conference Paper
2013Lichtbogendetektion in PV-Anlagen
Grab, R.; Häberlin, H.; Schmitz, R.; Philipp, S.; Schmidt, H.; Franz, S.; Laukamp, H.; Bopp, G.; Reil, F.
Conference Paper
2013PV fire hazard - analysis and assessment of fire incidents
Laukamp, H.; Bopp, G.; Grab, R.; Phillip, S.; Schmidt, H.; Reil, F.; Sepanski, A.; Thiem, H.; Vaasen, W.; Häberlin, H.; Heeckeren, B. van
Conference Paper
2013Studie "Photovoltaik auf Mittelspannungsebene"
Becker, G.; Dötter, G.; El-Barbari, S.; Mayer, O.; Möller, H.-J.; Rogalla, S.; Schwirtlich, I.; Stern, O.; Wieder, S.; Zettl, M.
Conference Paper
2013Untersuchung des LVRT-Verhaltens parallelbetriebener PV-Zentralwechselrichter
Doetter, G.; Rogalla, S.; Bihler, N.; Siedle, C.; Burger, B.; Schaupp, T.; Kempen, S.; Garber, T.; Landwehr, F.; Lotzkat, W.; Ackermann, R.
Conference Paper
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