Tasasähköverkon modulaarisen vaihtosuuntaajan rakenne- ja kustannusanalyysi

Diplomityössä tarkastellaan tapausta, jossa tasasähköverkon vaihtosuuntaaja toteutetaan kolmella yksivaiheisella suuntaajalla yhden kolmivaiheisen sijaan. Modulaarinen rakenne mahdollistaa sen, että osa vaiheista voitaisiin sammuttaa kun kuormitus on erittäin pientä eikä kuorma ole kolmivaiheista. Galvaaninen erotus oletetaan tehtävän erottavalla DC-DC -konvertterilla, joka mahdollistaa samalla vaihtosuuntaajan DC-syöttöjännitteen muuttamisen. Työssä tutkitaan, mitkä tekijät vaikuttavat DC-syöttöjännitteen valintaan sekä tehdään valinta kyseisen jännitteen arvolle. Valittua jännitetasoa käytetään vaihtosuuntaajan suunnittelemiseen. Vaihtosuuntaajan rakennetta tarkastellaan vaihtosuuntaussillan kytkinkomponenttien sekä lähtöjännitteen suotimen osalta. Yksivaiheiselle moduulille määritetään optimaalinen teholuokka investointi- ja käyttökustannusten kannalta. Tarkastelu pitää sisällään erilaisten transistoritekniikkojen, kytkentätaajuuksien sekä kahden suodintyypin vaikutuksen kustannustehokkuuteen.

This thesis examines a case in which the LVDC networks three-phase inverter is implemented with three one-phase inverters. This modular design makes it possible to turn off some of the phases if the load is small and it's not a threephase load. Galvanic isolation is assumed to be implemented with an isolating DC-DC converter which gives the possibility to change the DC-voltage level that is fed to the inverter. This thesis examines the factors that affect the selection of the feeding DC-voltage level. A selection is made for the DC-voltage level and it is used to design the inverter. The design of the inverter is centered on the main power electronic components including the switching components and the output filter. An optimal nominal power is determined for one one-phase module when investment and operating costs are taken into account. Different transistor topologies, switching frequencies and two output filter topologies are studied when determining the optimal nominal power.