Zespół:

Piotr Leżyński, Adam Kempski

Istota wynalazku

Wynalazek dotyczy sposobu sterowania pięciopoziomowego falownika napięcia. Pięciopoziomowy falownik napięcia o topologii kaskadowej jest urządzeniem elektrycznym, które przekształca energię dwóch napięć stałych na energię elektryczną napięcia przemiennego(przekształcanie DC/AC). Omawiany falownik kaskadowy jest zbudowany z dwóch modułów falownikowych H-bridge , które przyłączone są do dwóch źródeł napięcia stałego (np. akumulator, ogniwo fotowoltaiczne, generator wiatrowy). Wygenerowane napięcie wyjściowe jest sumą napięć modułów i zależy od sposobu ich sterowania.

Falownik wielopoziomowy, którego dotyczy wynalazek, w stosunku do „zwykłego" falownika dwupoziomowego, charakteryzuje się lepszymi parametrami jakości napięć wyjściowych, niższą emisją zaburzeń elektromagnetycznych oraz obniżonymi stratami energii. Wadą tego falownika jest natomiast konieczność dostarczania energii z dwóch niezależnych źródeł napięcia stałego. Dodatkowo stosunek energii pobieranej z jednego źródła napięcia stałego do energii pobieranej z drugiego źródła napięcia jest stała. Oznacza to że w wielu przypadkach nie można regulować mocy pobieranej z poszczególnego źródła. Dlatego nie jest możliwe wykorzystanie w pełni potencjału źródeł napięcia stałego.

Proponowany w wynalazku sposób sterowania falownikiem eliminuje opisaną wyżej wadę. Zastosowanie patentowanego sposobu sterowania umożliwia sterowanie energią jaka pobierana jest z poszczególnych źródeł napięcia stałego.

Zaproponowany sposób sterowania bazuje na klasycznej modulacji hybrydowej, w której jeden z modułów falownikowych sterowany jest sygnałem niskiej częstotliwości natomiast drugi moduł sterowany jest sygnałem zmodulowanym wysokiej częstotliwości. Moduł falownikowy, sterowany niską częstotliwością, przekształca większą część energii, natomiast drugi moduł falownikowy ma jedynie funkcję wspomagającą (energia w większości pobierana jest z jednego źródła napięcia stałego). Ponieważ moduły falownikowe są jednakowe, możliwe jest odwrócenie ich ról poprzez zamianę sygnałów sterujących. W patentowanym sposobie sterowania, moduły falownikowe sterowane są naprzemiennie raz sygnałem wysokiej częstotliwości a raz sygnałem niskiej częstotliwości, w taki sposób aby regulować średnią moc pobieraną z poszczególnych źródeł napięcia stałego. Szczegółowy sposób generowania przebiegów sterujących wysoko i niskoczęstotliwościowych oraz sposób odwracania sygnałów jest przedmiotem zgłoszenia patentowego.

Korzyści z zastosowania wynalazku

Główną korzyścią zastosowania wynalazku jest możliwość pełnego sterowania przepływem energii w pięciopoziomowym falowniku o topologii kaskadowej. Oznacza to, że falownik kaskadowy może być stosowany w aplikacjach gdzie wymagana jest kontrola energii pobieranej ze źródeł napięcia stałego (np. systemy z odnawialnymi źródłami energii).

Zastosowanie falownika kaskadowego znacznie poprawia parametry procesu przekształcania energii elektrycznej i w pewnych aplikacjach może obniżyć koszty budowy falownika.

Potencjał komercjalizacyjny

Falowniki napięcia ze względu na swoją funkcję używane mogą być do sprzęgania energii ze źródeł odnawialnych z siecią elektroenergetyczną. Energia produkowana ze źródeł odnawialnych mocno zależy od warunków pogodowych (wiatr, nasłonecznienie). Chcąc wykorzystać energię z tych źródeł w całości, konieczne jest regulowanie energii, jaka jest sprzęgana z siecią elektroenergetyczną.

Zazwyczaj dla jednego lub grupy źródeł stosuje się jeden „zwykły" falownik dwupoziomowy. Zastosowanie falownika wielopoziomowego kaskadowego znacząco poprawi parametry procesu przekształcania energii elektrycznej, jednocześnie przy pełnym wykorzystaniu potencjał odnawialnych źródeł energii.
Kolejnym miejscem zastosowania wynalazku może być układ napędowy w pojeździe elektrycznym. Regulacja energii pobieranej z poszczególnych akumulatorów pojazdu pozwala na wyrównywanie napięć na akumulatorach i kontrolę ich zużywania się.