This report gives a summary of how the control is set up for the DC grid in the VAP_DC project.
• DC grid structure • Control • Switching • Protection • Stability
The application of DC grids is gaining more attention in office applications. Especially since powering an office desk would not require a high power connection to the main AC grid but could be made sustainable using solar power and battery storage. This would result in fewer converters and further advanced grid utilization. In this paper, a sustainable desk power application is described that can be used for powering typical office appliances such as computers, lighting, and telephones. The desk will be powered by a solar panel and has a battery for energy storage. The applied DC grid includes droop control for power management and can either operate stand-alone or connected to other DC-desks to create a meshed-grid system. A dynamic DC nano-grid is made using multiple self-developed half-bridge circuit boards controlled by microcontrollers. This grid is monitored and controlled using a lightweight network protocol, allowing for online integration. Droop control is used to create dynamic power management, allowing automated control for power consumption and production. Digital control is used to regulate the power flow, and drive other applications, including batteries and solar panels. The practical demonstrative setup is a small-sized desktop with applications built into it, such as a lamp, wireless charging pad, and laptop charge point for devices up to 45W. User control is added in the form of an interactive remote wireless touch panel and power consumption is monitored and stored in the cloud. The paper includes a description of technical implementation as well as power consumption measurements.
AANLEIDING In het RAAK-MKB project ‘Gelijkspanning breng(t) je verder’ heeft De Haagse Hogeschool, specifiek de opleiding Elektrotechniek, ervaren dat de opkomst van het onderwerp ‘Gelijkspanning’ (ook wel DC) in het beroepenveld sterk samenhangt met ontwikkelingen in het vakgebied van ‘Vermogenselektronica’ of ‘Power Eletronics’. Het beroepenveld vraagt steeds vaker om steeds meer kennis op dit vakgebied, in het kader van bijvoorbeeld de energietransitie, Smart Grids, Internet-of-Things etc. Om deze kennis op een goed gestructureerde wijze over te dragen aan studenten, moeten er een aantal belemmeringen worden weggewerkt. Een van deze belemmeringen is de beperkte beschikbaarheid van kennis; het vakgebied is relatief nieuw en nog sterk in ontwikkeling. Binnen De Haagse Hogeschool is door de opleiding Elektrotechniek (met kennis van de nog weg te werken belemmeringen) de bewuste keuze gemaakt om zich binnen Nederland te willen profileren met het onderwerp ‘Gelijkspanning’. Vanuit het eerdere RAAK-MKB project ‘Gelijkspanning breng(t) je verder’ werden hiertoe een eerste vak en practicum ontwikkeld: Vermogenselektronica 1. Hierin worden beginselen van DC-DC omvormers behandeld. DC-DC omvormers zorgen voor het transformeren van DC-spanningen, om energie bij hoge spanningen en dus lage verliezen te kunnen transporteren. Vanaf het huidige collegejaar (2015-2016) is ook een tweede vak op dit gebied toegevoegd aan het curriculum: Vermogenselektronica 2: hierin worden DC-AC omvormers op hoofdlijnen behandeld. Deze omvormers zorgen ervoor dat veel gebruikte types motoren aangedreven kunnen worden met gelijkspanning. Deze hoofdlijnen staan in de ogen van het beroepenveld nog (te) ver af van toepassingen waarmee zij werken. Daarbij moet gedacht worden aan bijvoorbeeld elektrische mobiliteit (specifieke types motoren), verlichting (DC-DC), distributietechnieken (DC-DC op hogere vermogens) of slimme netten (integratie van energietechniek, communicatietechnologie en regeltechniek / embedded systems). DOELSTELLING Het doel van het project is het opstellen van een implementatiewijze ter verdere invulling van de onderwerpen ‘Gelijkspanning’ en ‘Vermogenselektronica’ in het curriculum van de opleiding Elektrotechniek voor de teamleider van Elektrotechniek van De Haagse Hogeschool om de gewenste profilering te kunnen realiseren. ACTIVITEITEN Vanuit de curriculum commissie van de opleiding Elektrotechniek wordt opdracht gegeven aan een apart team om het implementatievoorstel voor te bereiden. Hierin werken twee docent/onderzoekers samen met de teamleider en enkele extern specialisten. In vijf opeenvolgende stappen wordt op een top-down manier gewerkt aan 1. Formuleren competenties voor DC 2. Hoofdstromen curriculum inrichten 3. Uitwerken vakinhoudelijke gebieden Elektrotechniek (‘leeg vel papier’) 4. Koppelen opzet aan bezetting en kennis in het team en bij partners 5. Voorbereiden besluitvorming RESULTAAT Op deze wijze wordt een heldere visie ontwikkeld op het benodigde onderwijs om het onderwerp gelijkspanning gestructureerd aan te kunnen bieden. Daarbij gaat het om vakinhoudelijke kennis in vakken, met bijbehorende practica en projecten. Om deze kennis goed aan te bieden wordt nadrukkelijk ook de samenwerking met andere kennisinstellingen (zoals Zuyd Hogeschool en de TU-Delft) gezocht.
Decentrale energiewekking wordt een belangrijk onderdeel van het laagspanningsnet. Een nieuwe uitdaging is hoe om te gaan met piekbelasting (zowel vraag als aanbod van energie) in het netwerk. Een mogelijke oplossing hiervoor is slimme sturing (demand-side management) binnen microgrids. Aardehuizen heeft als energy community interesse in verbetering van de zelfconsumptie van de eigen opgewekte energie en in het geautomatiseerd delen en onderling verrekenen van energie, b.v. via blockchain. In het kader van dit KIEM project willen de partners een open ICT-platform ontwikkelen waarin energieopwekking en verbruik wordt gemonitord, een buurtbatterij en warm waterboilers slim worden gestuurd en op termijn energie onderling verrekend kan worden via blockchain. Bij het project zijn de volgende partners betrokken: het lectoraat Duurzame Energievoorziening van Saxion, de onderzoeksgroep CAES van Universiteit Twente, Aardehuizen VvE, Dr. Ten, Bosch-Nefit, stichting Kiemt, Natuurlijk Huus Raalte en Kiekebosch communicatie. De innovatie die het consortium wil realiseren: een community gebaseerde, geïntegreerde sturing van buurtbatterij en warm waterboilers welke wordt ontwikkeld in een open innovatiemodel met bedrijven en bewoners.
