CAREER: Granular Power Electronics at the Grid Edge

职业:电网边缘的精细电力电子技术

基本信息

  • 批准号:
    1847365
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 50万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2019-03-01 至 2024-02-29
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Power electronics are the key building blocks of future energy systems. Power electronics play critical roles in renewable energy integration, computing and telecommunication, grid-scale energy storage, and transportation electrification, all at the edge of the future smart grid. These emerging energy systems are usually modular and granular. This research project targets a generalized design method that will enable a new family of power electronics that can achieve high performance and perform new functions at the grid edge for a variety of applications. ``Granular power electronics'' represents a systematic design approach that pushes the intelligence and capability of power electronics to a granular level that has not been demonstrated before. The PI will leverage the recent advances in wide-band-gap devices, circuit architectures, and control methodologies to address the challenges of controlling sophisticated power flow, modeling magnetics with granular structures, and addressing the inverter-to-inverter oscillation problem in nano-grids with many smart inverters. The results of this project will be incorporated into the efforts that the PI is currently leading as a part of the "Campus-as-a-Lab" program to create research opportunities for undergraduate students. The outreach program for K-12 students, involving them in the development of experimental demos, will expose them to the role of power electronics in improving the quality and sustainability of our daily lives and attract them to pursue STEM careers.The PI will perform a systematic investigation on the fundamental principles of granular and modular power electronics. The PI will (1) develop design toolkits (modules, schematics, and layout patterns) comprising switched-inductor cells, switched-capacitor cells, bridge structures, and magnetic-couplers which may serve as the basis of granular power conversion architectures, (2) establish systematic methods to evaluate the topology, select the components, control the power flow, model the magnetics, estimate the grid impedance, and perform stability analysis of granular power electronics and systems with sophisticated power flow; (3) develop open-source computer-aided-design tools for the design and control of granular power conversion architectures; and (4) build small-scale experimental systems to verify the developed methods and benefit education. The PI will use three emerging and important energy systems at the grid edge as examples - smart inverters (distributed energy generation), large scale energy systems (data center power delivery), and a nano-grid test platform for multidisciplinary energy systems research. High performance grid-interface power electronics topologies will be studied, and model-based multi-agent control strategies will be developed to enable a future smart grid with many granular power electronics at the edge.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
电力电子设备是未来能源系统的关键构建模块。电力电子在可再生能源集成、计算和电信、电网规模储能和交通电气化等领域发挥着关键作用,所有这些都处于未来智能电网的边缘。这些新兴能源系统通常是模块化和细粒度的。该研究项目的目标是一种通用的设计方法,该方法将使新的电力电子产品系列能够实现高性能并在电网边缘为各种应用执行新功能。 “粒度电力电子技术”代表了一种系统设计方法,可将电力电子技术的智能和功能提升到前所未有的粒度水平。 PI将利用宽带隙器件、电路架构和控制方法方面的最新进展来解决控制复杂功率流、用粒状结构建模磁性以及解决纳米级逆变器到逆变器振荡问题的挑战。具有许多智能逆变器的电网。该项目的成果将纳入 PI 目前领导的“校园即实验室”计划的一部分,为本科生创造研究机会。针对 K-12 学生的外展计划,让他们参与实验演示的开发,将使他们了解电力电子在提高我们日常生活的质量和可持续性方面的作用,并吸引他们从事 STEM 职业。PI 将执行对颗粒和模块化电力电子设备基本原理的系统研究。 PI 将 (1) 开发设计工具包(模块、原理图和布局图案),其中包括开关电感器单元、开关电容器单元、桥结构和磁耦合器,可作为粒度功率转换架构的基础,(2 ) 建立系统方法来评估拓扑、选择组件、控制功率流、磁学建模、估计电网阻抗,并对具有复杂功率流的颗粒电力电子设备和系统进行稳定性分析; (3) 开发开源计算机辅助设计工具,用于细粒度功率转换架构的设计和控制; (4)建立小规模实验系统来验证所开发的方法并有益于教育。该PI将以电网边缘的三个新兴且重要的能源系统为例——智能逆变器(分布式能源发电)、大规模能源系统(数据中心电力输送)以及用于多学科能源系统研究的纳米电网测试平台。将研究高性能电网接口电力电子拓扑,并开发基于模型的多智能体控制策略,以实现在边缘具有许多颗粒电力电子的未来智能电网。该奖项反映了 NSF 的法定使命,并被认为是值得的通过使用基金会的智力优势和更广泛的影响审查标准进行评估来获得支持。

项目成果

期刊论文数量(14)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Machine Learning Methods for Feedforward Power Flow Control of Multi-Active-Bridge Converters
多有源桥变换器前馈潮流控制的机器学习方法
  • DOI:
    10.1109/tpel.2022.3215459
  • 发表时间:
    2023-02-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    6.7
  • 作者:
    Mian Liao;Haoran Li;Ping;Tanuj Sen;Yenan Chen;Minjie Chen
  • 通讯作者:
    Minjie Chen
Differential Power Processing for Ultra-Efficient Data Storage
用于超高效数据存储的差分功率处理
  • DOI:
    10.1109/tpel.2020.3022089
  • 发表时间:
    2021-04
  • 期刊:
  • 影响因子:
    6.7
  • 作者:
    Wang, Ping;Chen, Yenan;Yuan, Jing;Pilawa;Chen, Minjie
  • 通讯作者:
    Chen, Minjie
Two-Stage 48V-1V Hybrid Switched-Capacitor Point-of-Load Converter with 24V Intermediate Bus
具有 24V 中间总线的两级 48V-1V 混合开关电容器负载点转换器
Performance Limits of Differential Power Processing
差分功率处理的性能限制
Dual Frequency Hierarchical Modular Multilayer Battery Balancer Architecture
双频分层模块化多层电池平衡器架构
  • DOI:
    10.1109/tpel.2020.3015768
  • 发表时间:
    2021-03-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    6.7
  • 作者:
    Ming Liu;Yenan Chen;Youssef Elasser;Minjie Chen
  • 通讯作者:
    Minjie Chen
{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Minjie Chen其他文献

Simultaneous light emissions from two different types of fluorophores in diblock copolymer micellar films
二嵌段共聚物胶束膜中两种不同类型荧光团的同时光发射
  • DOI:
    10.1063/1.3000605
  • 发表时间:
    2008-11-06
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    Juan Peng;Minjie Chen;F. Qiu;Yuliang Yang;B. Sohn;Dong Ha Kim
  • 通讯作者:
    Dong Ha Kim
Statistical filtering of raster map images
栅格地图图像的统计过滤
Does Idiopathic Bone Cavity Involving Mandibular Condyle Need Surgical Intervention of Bone Cavity Filling?
累及下颌髁突的特发性骨腔是否需要手术干预骨腔填充?
  • DOI:
    10.1097/scs.0000000000003851
  • 发表时间:
    2017-09-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0.9
  • 作者:
    Wen;Minjie Chen;Chi Yang;Zixiang Han;Wenbin Wei;Ying Chai
  • 通讯作者:
    Ying Chai
A Novel Noise Injection-based Training Scheme for Better Model Robustness
一种新颖的基于噪声注入的训练方案,以提高模型的鲁棒性
  • DOI:
    10.48550/arxiv.2302.10802
  • 发表时间:
    2023-02-17
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Zeliang Zhang;Jinyang Jiang;Minjie Chen;Zhiyuan Wang;Yijie Peng;Zhaofei Yu
  • 通讯作者:
    Zhaofei Yu
WAN Converter: A Family of Multicell PWM Converter with All-in-One Magnetics
WAN 转换器:具有一体式磁性元件的多单元 PWM 转换器系列

Minjie Chen的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Minjie Chen', 18)}}的其他基金

Hybrid Analytical and Data-Driven Models for Integrated Simulation and Design of Complex High Frequency Multi-Winding Magnetic Components
用于复杂高频多绕组磁性元件集成仿真和设计的混合分析和数据驱动模型
  • 批准号:
    2344664
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 50万
  • 项目类别:
    Standard Grant

相似国自然基金

颗粒状气凝胶玻璃中非均质气凝胶层的光热传递机理研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
基于各向异性临界状态理论的粒状土与结构接触面本构模型研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    54 万元
  • 项目类别:
    面上项目
强震作用下易破碎粒状土动力特性、液化机理及沉降预测模型研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    55 万元
  • 项目类别:
    面上项目
非线性颗粒状物质与流体交互仿真方法
  • 批准号:
    61902340
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    26.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
丹参酮ⅡA通过抑制炎性小体活化减轻动脉硬化斑块内细小颗粒状钙化的机制研究
  • 批准号:
    81704044
  • 批准年份:
    2017
  • 资助金额:
    20.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似海外基金

機能性高分子材料設計のためのミクロ~メソ・マルチスケール量子シミュレータの開発
用于功能高分子材料设计的微介观多尺度量子模拟器的开发
  • 批准号:
    20H00588
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 50万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
Mathematical Research on Deep-Strong Coupling Regime of Interaction between Artificial Atom and Photon in Circuit QED
电路QED中人造原子与光子相互作用深强耦合机制的数学研究
  • 批准号:
    20K03768
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 50万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Dynamics of granular flow with multi-scale and quantum mechanics
多尺度和量子力学颗粒流动力学
  • 批准号:
    19K21990
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 50万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
Real time imaging of prion conversion process using atomic force microscopy
使用原子力显微镜实时成像朊病毒转化过程
  • 批准号:
    19H03476
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 50万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Phase diagram and superfluidity of two-color QCD in the low-temperature high-density regime
低温高密度状态下双色QCD的相图和超流性
  • 批准号:
    19K03875
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 50万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了