The Smart Current Limiter is a switching DC to DC converter that provides a digitally pre-set input current control for inrush limiting and power management. Being able to digitally adjust the current level in combination with external feedback can be used for control systems like temperature control in high power DC appliances. Traditionally inrush current limiting is done using a passive resistance whose resistance changes depending on the current level. Bypassing this inrush limiting resister with a Mosfet improves efficiency and controllability, but footprint and losses remain large. A switched current mode controlled inrush limiter can limit inrush currents and even control the amount of current passing to the application. This enables power management and inrush current limitation in a single device. To reduce footprint and costs a balance between losses and cost-price on one side and electromagnetic interference on the other side is sought and an optimum switching frequency is chosen. To reduce cost and copper usage, switching happens on a high frequency of 300kHz. This increases the switching losses but greatly reduces the inductor size and cost compared to switching supplies running on lower frequencies. Additional filter circuits like snubbers are necessary to keep the control signals and therefore the output current stable.
Droop control is used for power management in DC grids. Based on the level of the DC grid voltage, the amount of power regulated to or from the appliance is regulated such, that power management is possible. The Universal 4 Leg is a laboratory setup for studying the functionality of a grid manager for power management. It has four independent outputs that can be regulated with pulse width modulation to control the power flow between the DC grid and for example, a rechargeable battery, solar panel or any passive load like lighting or heating.
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.
