Hoe Capacitor-gebaseerde Power Converters de Efficiëntie in Datacenters Verbeteren

In de wereld van datacenters is de efficiëntie van de stroomvoorziening cruciaal voor het minimaliseren van zowel de energiekosten als de operationele temperatuur. Een van de meest opvallende technologieën op dit gebied zijn de condensator-gebaseerde vermogenschakelaars. Deze converters, die gebruik maken van resonantie en condensatoren voor het omzetten van stroom, bieden een efficiënte manier om hoge vermogensdichtheid te bereiken bij relatief lage verliezen. In dit hoofdstuk onderzoeken we de werking van deze converters en waarom ze steeds meer de voorkeur krijgen in de moderne datacenterinfrastructuur.

Bij een typisch datacenter wordt de spanning vaak eerst omgezet van 48 V naar een tussenbusspanning van 5 tot 12 V, alvorens deze naar de vermogensbehoeften van CPU's of GPU's te worden omgezet. Dit gebeurt in een tweefasige architectuur. Er is echter steeds meer bewijs dat lagere tussenbusspanningen, zoals onder de 12 V, betere algehele systeemrendementen kunnen opleveren. Dit komt doordat de tweede fase van de omzetting, vaak een buck-converter, efficiënter werkt bij lagere spanningen.

De condensator-gebaseerde converters die in dit type systemen worden gebruikt, maken gebruik van hybride en resonante schakelaars om de spanning op een efficiënte manier te verlagen. Door gebruik te maken van energie-dichte condensatoren en zachte schakelfuncties, kunnen deze converters de efficiëntie van het systeem drastisch verbeteren, zelfs bij hoge vermogensuitgangen. Deze converters, die resonante technieken gebruiken, tonen aan dat het mogelijk is om de prestaties te verbeteren voor tussenbusconversie in toepassingen zoals datacenters, waarbij de stroombehoefte dynamisch varieert.

Een belangrijk kenmerk van deze converters is hun vermogen om te werken met lage verliezen, zelfs bij hoge belasting. In figuur 18.25 wordt duidelijk hoe de efficiëntie toeneemt naarmate de ingangsspanning (Vin) stijgt van 40 naar 60 V. Dit komt doordat de geleidingsverliezen de dominante factor worden en deze verliezen afnemen wanneer de ingangsspanning toeneemt. De converter kan dus veel efficiënter werken, wat de thermische ontwerpeisen vergemakkelijkt. Dit maakt het mogelijk om de temperatuur binnen het veilige bereik te houden, zelfs bij volledige belasting, zoals blijkt uit de metingen die een maximumtemperatuur van 87,6°C aantonen bij een belasting van 80 A.

De schakelaars in de converter, zowel de high-side als low-side MOSFET's, spelen ook een cruciale rol bij het handhaven van hoge efficiëntie. Zoals geïllustreerd in figuur 18.26, worden beide schakelaars ingeschakeld zodra de spanningen tussen drain en source nul zijn. Dit helpt niet alleen om de verliezen te minimaliseren, maar stelt de converter ook in staat om effectief om te gaan met de belastingstromen die typisch zijn voor krachtige processoren zoals CPU's en GPU's die hoge piekstromen vereisen wanneer ze in burst-modus draaien.

Wanneer we de prestaties van deze condensator-gebaseerde converters vergelijken met andere conventionele converters in de markt, blijkt dat deze technologie niet alleen efficiënter is, maar ook meer vermogen per eenheid volume kan leveren. Dit is te zien in de vergelijking van de efficiëntie en vermogensdichtheid in tabel 18.2. De voorgestelde 10-schakelaar cascaderende multi-resonante converter behaalt de hoogste prestaties in termen van stroomcapaciteit, vermogensdichtheid en efficiëntie, zelfs wanneer vergeleken met de hoog geïntegreerde ontwerpen van Vicor. Dit alles kan worden bereikt met veel goedkopere en eenvoudigere componenten, zoals silicium-MOSFET's en goedkope 6-laags PCB's.

De cascaderende serie-parallel converter is een van de meest geavanceerde topologieën op dit gebied. Deze converter kan dezelfde omzettingsverhouding bereiken als conventionele twee-fase hybride schakelaars, maar met minder schakelaars en condensatoren. De topologie maakt gebruik van verschillende werkfasen die bijdragen aan een efficiëntere werking. In de fasebeschrijvingen van figuur 18.28 zien we hoe de condensatoren in serie en parallel werken om de spanning op een gecontroleerde manier te verlagen en de stroom efficiënter te beheren. Het gebruik van meerdere fasen maakt het mogelijk om een veel hogere vermogensdichtheid te realiseren dan met traditionele converters.

Het ontwerp van de cascaderende converter vereist een precieze balans van de capaciteiten en het resonantiegedrag van de schakelaars en condensatoren. De condensatoren in de verschillende fasen moeten zorgvuldig worden gekozen om een optimale resonantie en een lage schakelfrequentie te garanderen. Dit maakt het mogelijk om de converter over een breed bereik van belastingstromen te laten werken met minimale verliezen en maximale efficiëntie.

Voor de toepassing in datacenters, waar vermogensconversie constant vereist is voor de voeding van CPU's en GPU's, biedt deze technologie niet alleen voordelen in termen van efficiëntie, maar ook van betrouwbaarheid en kostenbesparing. De mogelijkheid om met standaardcomponenten te werken maakt de productie van deze converters toegankelijker en goedkoper, wat een belangrijke factor is voor de bredere acceptatie van deze technologie in de industrie.

Wat belangrijk is om te begrijpen bij het ontwerpen van systemen die gebruik maken van deze condensator-gebaseerde converters, is dat een zorgvuldige afstemming van de capaciteiten en de juiste keuze van de componenten essentieel is om de beloofde efficiëntie en prestaties te bereiken. Daarnaast is het cruciaal om rekening te houden met de thermische prestaties, aangezien een hoge efficiëntie niet alleen betekent dat er minder energie verloren gaat, maar ook dat de koelingsbehoefte wordt verminderd. Bij het selecteren van de juiste converter moeten ook de dynamische belastingseisen van de applicaties worden overwogen, zoals de piekbelastingen die typisch zijn voor CPU- of GPU-werkbelasting. De prestaties van de converter kunnen verder worden geoptimaliseerd door de schakelfrequenties en de configuratie van de schakelaars aan te passen aan de specifieke eisen van het systeem.

Wat maakt SiC-gebaseerde pulskrachttechnieken geschikt voor ondergrondtoepassingen?

Siliciumcarbide (SiC) halfgeleiders, onderdeel van de breedbandgap (WBG) technologie, spelen een cruciale rol in de modernisering van pulskrachttechnieken, vooral in toepassingen waar traditionele pulskracht schakelaars zoals vonk-gap schakelaars en thyratrons niet toepasbaar zijn. SiC-apparaten hebben zich bewezen als een alternatief dat verder gaat dan de prestaties van conventionele silicium (Si) elektronische apparaten, vooral in omstandigheden met hoge temperaturen. Dit biedt aanzienlijke voordelen in subterreinen zoals het breken van rotsen, waar de eisen op het gebied van kracht en betrouwbaarheid buiten de mogelijkheden van oudere technologieën liggen.

De voordelen van SiC in deze context komen door de unieke fysische eigenschappen van het materiaal. Siliciumcarbide kan werken bij hogere temperaturen, hogere spanningen en hogere frequenties dan silicium. Dit maakt het ideaal voor pulskrachttoepassingen die intensieve en snelle energieafgifte vereisen, zoals in de mijnbouw of bij het breken van rotsen. In dergelijke toepassingen is de behoefte aan hoge energieoverdrachten essentieel, maar ook de mogelijkheid om snel en betrouwbaar te schakelen zonder de nadelen van traditionele technologieën, die vaak volatiel kunnen zijn en niet bestand tegen de harde omstandigheden.

Het gebruik van SiC-schakeleenheden voor rotsbreking heeft dus een bredere impact, waarbij de efficiëntie van het proces verhoogd wordt door minder energieverlies en een langere levensduur van de apparatuur. Traditionele technologieën zouden in deze context snel falen door oververhitting of overbelasting, terwijl SiC-apparaten deze belasting veel beter kunnen verdragen. Dit opent de deur naar meer geavanceerde toepassingen in de ondergrondse industrieën, zoals olie- en gasproductie, waar geavanceerde technieken voor gecontroleerd pulskrachtgebruik cruciaal zijn voor het doorbreken van obstakels en het vergemakkelijken van extractieprocessen.

Daarnaast speelt SiC een rol in het verminderen van elektromagnetische interferentie (EMI), wat een veelvoorkomend probleem is bij traditionele pulskrachtapparatuur. De ontwerptechnieken die gericht zijn op het minimaliseren van parasitaire effecten, zoals capaciteits- en inductanciekoppelingen, helpen bij het waarborgen van een schonere en meer gecontroleerde werking. Dit resulteert in een betere afstemming van de apparatuur op de wensen en eisen van de omgeving, vooral wanneer de apparatuur in gevoeligere of sterk verstoorde gebieden wordt ingezet.

Bovendien zijn er ontwerp- en analyse technieken, zoals het gebruik van specifieke EMI-filters, die de efficiëntie van SiC-schakeleenheden verder verbeteren. Deze filters kunnen parasitaire inductantie en capacitantie op een efficiënte manier onderdrukken, wat niet alleen de algehele prestaties van de apparatuur ten goede komt, maar ook de betrouwbaarheid verhoogt.

Naast de toepassing in rotsfracturering, biedt de gebruik van SiC-technologie ook voordelen voor andere vormen van ondergrondse energieproductie en verwerking, zoals geothermische energie-extractie en de productie van schaliegas. Door het gebruik van SiC kan er beter worden omgegaan met de energetische en thermische eisen die in dergelijke processen aanwezig zijn. Deze toepassingen vormen de basis voor de volgende generatie van duurzame technologieën in de mijnbouw en energie-industrie.

Het belang van de ontwikkeling van SiC-gebaseerde systemen kan niet worden overschat. Ze zijn niet alleen een technologische vooruitgang, maar vormen ook de fundering voor bredere industriële innovaties. Verder onderzoek en de voortdurende optimalisatie van SiC-gebaseerde schakelaars zal deze technologie in staat stellen om steeds kritischer te worden in toepassingen waarbij betrouwbaarheid, energie-efficiëntie en hoge prestaties onder extreme omstandigheden vereist zijn. Het is essentieel dat zowel ontwerpers als onderzoekers zich blijven richten op de verbetering van de prestatiekenmerken van deze systemen om ze geschikt te maken voor steeds veeleisendere toepassingen.

Hoe de Floating Capacitor en WBG-apparaten de efficiëntie van Cascaded Multilevel Inverters verbeteren

In de wereld van vermogenselektronica worden cascaded multilevel inverters (CMLI) steeds vaker gebruikt in toepassingen die hoge efficiëntie en een goede golfvormkwaliteit vereisen. Deze systemen, die meerdere niveaus van spanning genereren, kunnen aanzienlijk profiteren van de integratie van floating capacitors en wijdbandgap (WBG)-apparaten. Het ontwerp van deze systemen vereist een zorgvuldige afstemming van de componenten om optimale prestaties te garanderen, met name bij het omgaan met de wisselstroomfrequentie en het minimaliseren van de verliesverliezen.

In een typisch CMLI-systeem wordt de floating capacitor (in dit geval cell-0) gebruikt om de spanning tussen de niveaus te regelen. De spanning van de floating capacitor moet nauwkeurig worden beheerd om een goede golfvormkwaliteit te waarborgen. Deze capacitors moeten worden geladen en ontladen bij specifieke spanningsniveaus, zoals 1·Vdc, 3·Vdc en 5·Vdc, terwijl ze tegelijkertijd de belastingcondities volgen. Dit vereist een dynamisch regelsysteem dat de schakelfrequentie van de inverter aanpast om een stabiele werking te behouden. Een van de belangrijkste uitdagingen bij dit proces is het voorkomen van capaciteitsuitval door een te grote spanningsdaling of -stijging.

De dynamische vergelijking van de spanning van de floating capacitor kan worden afgeleid door het opladen en ontladen van de capacitor te analyseren. In de steady-state wordt het spanningsgedrag van de capacitor beschreven door een gemiddelde toestand van de schakelfrequentie. Het gebruik van een gesloten-lus regelsysteem is essentieel om de spanning van de floating capacitor te stabiliseren. Dit gebeurt door de schakelhoeken dynamisch aan te passen, waardoor een constante spanning kan worden gehandhaafd en het risico op storingen door een ongecontroleerde stroomtoename wordt geminimaliseerd.

Het ontwerp van een voltage controller, vaak een proportionele-integrale (PI)-controller, speelt een cruciale rol in het waarborgen van de stabiliteit van dit gesloten-lus systeem. De controller moet zodanig worden ontworpen dat deze geen interferentie veroorzaakt met de lading van de floating capacitor, en de kruisfrequentie moet dus lager zijn dan de fundamentfrequentie van de inverter om een optimale prestaties te garanderen. Het gebruik van WBG-apparaten in dit ontwerp biedt aanzienlijke voordelen, met name bij het verlagen van de schakelfrequentie en het verminderen van de verliesverliezen.

WBG-apparaten, zoals SiC (siliciumcarbide) of GaN (gallium-nitride), hebben significante voordelen ten opzichte van traditionele halfgeleiders. Ze kunnen hogere schakelfrequenties aan zonder een significante toename in schakelfrequentieverliezen, wat de algehele efficiëntie van de inverter aanzienlijk verbetert. Dit is met name belangrijk voor de LLC-converter, die als voorversterker in een enkelbrons CMLI kan worden gebruikt. In het specifieke geval van een LLC-circuit wordt de magnetiserende stroom met WBG-apparaten aanzienlijk verminderd, wat niet alleen de verliezen verlaagt, maar ook de grootte van de transformator kan verkleinen. Dit draagt bij aan de algehele compactiviteit en efficiëntie van het systeem.

Bij het ontwerp van dergelijke systemen moet aandacht worden besteed aan de isolatie van de sensoren die de floating capacitor spanning meten. Omdat de spanning van het systeem op verschillende niveaus kan variëren, is het van vitaal belang dat de meetapparatuur goed geïsoleerd is om veilige en betrouwbare gegevens te verkrijgen. De integratie van analoge-naar-digitale omzetters (ADC) en optische vezelcommunicatie maakt het mogelijk om deze metingen effectief over te dragen naar de digitale signaalprocessor (DSP) voor verdere verwerking en feedbackregeling.

Naast de hardwarematige aanpassingen is het van belang dat het regelsysteem flexibel genoeg is om zich aan te passen aan de dynamiek van het systeem. Dit betekent dat de controllers, in combinatie met de juiste feedbackmechanismen, in staat moeten zijn om snel te reageren op veranderingen in de belasting en andere variabelen. Door zorgvuldig het gedrag van de floating capacitor te beheren, kan het systeem een stabiele werking behouden, zelfs onder fluctuaties in de belasting.

Het is belangrijk te begrijpen dat de voordelen van deze technologie niet alleen beperkt zijn tot de efficiëntieverbeteringen die voortkomen uit het gebruik van WBG-apparaten, maar ook te maken hebben met de systematische benadering van het dynamisch beheer van de floating capacitor en de stabiliteit van de spanningsregeling. Een goed ontworpen gesloten-lus regelsysteem is essentieel voor het behoud van een efficiënte werking, vooral bij de vereiste operationele frequenties.

Hoe werkt de Modified Switched Multiplier (MSM) topologie en welke voordelen biedt deze voor energieopslag en omvorming?

De Modified Switched Multiplier (MSM) topologie is een geavanceerd schakelschema dat directe conversie mogelijk maakt tussen een wisselstroom (AC) distributielijn en een gelijkstroom (DC) opslag zonder de noodzaak van geïsoleerde DC-bronnen. Deze opstelling is gebaseerd op het klassieke Marx-generator principe, maar vervangt de oplaadweerstanden door bidirectioneel bestuurbare schakelaars. Hierdoor kunnen condensatoren gecontroleerd parallel worden opgeladen en in serie ontladen, wat resulteert in een efficiënte spanningsvermenigvuldiging die de uitgangsspanning tot een veelvoud van de ingangsspanning kan brengen.

Elke trap van de MSM bestaat uit drie schakelaars en een opslagcondensator. Tijdens het laadproces worden bepaalde schakelaars gesloten zodat alle condensatoren parallel opladen, terwijl tijdens het ontladen de condensatoren via een andere set schakelaars in serie worden geschakeld. De uitgangsspanning wordt bepaald door welke schakelaar aan de hoge zijde gesloten is, waardoor een modulatie van de uitgangsspanning over meerdere stappen mogelijk is, gelijk aan het aantal trappen in het systeem. Dit maakt het mogelijk om een trapgewijze benadering van een AC-golf te synthetiseren, waarbij piekspanningen overeenkomen met het aantal schakeltappen maal de DC-ingangsspanning.

Een belangrijke eigenschap van de MSM topologie is dat het proces omkeerbaar is; de condensatoren kunnen in serie worden opgeladen en parallel ontladen om de opslagbatterij te voeden. Deze flexibiliteit betekent ook dat het systeem niet vastzit aan een vaste sinusvormige golf, maar binnen een enkele schakeling kan reageren op fluctuaties in het net of op commando’s van de operator, wat een snelle aanpassing binnen microseconden mogelijk maakt.

Voor een nog efficiëntere spanningsvermenigvuldiging bestaat er een alternatieve methode waarbij de oplading exponentieel wordt verhoogd: twee aangrenzende trappen worden in serie geschakeld om de volgende trappen tot een hogere spanning op te laden, waardoor het aantal benodigde trappen drastisch kan worden verminderd. Dit betekent minder schakelaars, wat resulteert in een kleinere en kosteneffectievere inverter.

De wisselstroom-uitgang met positieve en negatieve halve golven wordt gerealiseerd via een H-brug die de uitgang van de MSM schakeling aan het net levert. Bij omgekeerde stroomrichting wordt dezelfde H-brug gebruikt om de AC-spanning te gelijkrichten naar de DC-opslagcapaciteit. Door deze opbouw is het mogelijk om zowel netvolgende als netvormende functies te integreren in één systeem, bestuurbaar via een geavanceerd SCADA-systeem.

De schakelaars in het MSM systeem moeten spannings- en snelheidsvereisten halen die afhankelijk zijn van hun positie binnen het circuit. Omdat tijdens het ontladen snelle transiënten kunnen optreden, is het van belang dat de schakelaars betrouwbaar en met nauwkeurige timing werken om overspanningen te vermijden. Besturing vindt plaats via een FPGA of microprocessor, die de wisselstroomtoestand, spanningen, stromen en de status van de energieopslag continu monitort en aanstuurt.

Een bijkomend voordeel van de MSM topologie is de vermindering van de omvang en complexiteit ten opzichte van conventionele centrales. Een prototype van 20 kW met 20 schakeltappen kan een omzetting realiseren van 800 V DC naar 14,5 kV AC in een compacte behuizing, terwijl een megawatt-klasse inverter slechts beperkt in omvang toeneemt ten opzichte van conventionele systemen. Ook is er geen noodzaak voor complexe, geïsoleerde “hot decks” van batterijen of fotovoltaïsche cellen, aangezien alle bronnen naar aarde kunnen worden gerelateerd. Dit vereenvoudigt de integratie van hernieuwbare energiebronnen direct gekoppeld aan batterijopslag.

De MSM topologie kan worden aangedreven op frequenties hoger dan 100 kHz, wat de omvang van de condensatoren minimaliseert en zorgt voor een betrouwbaardere en minder belastende werking door een kleinere ripple. Om aan deze eisen te voldoen, zijn schakelaars vereist die spanningen tot 15 kV kunnen schakelen bij deze hoge frequenties. Een geschikt apparaat hiervoor is de Optical Transconductance Varistor (OTV), die werkt met fotogeleiding in halfgeleidende siliciumcarbide-materialen. Door lichtgestuurde besturing is elektrische isolatie mogelijk tussen de schakelaars en hun besturing, wat de complexiteit van de schakeling vermindert en hoge spanningen veilig hanteerbaar maakt.

De implementatie van de MSM topologie met optisch gestuurde schakelaars en snelle digitale besturing biedt een krachtige oplossing voor netgekoppelde energieopslag en omvorming. Het systeem combineert hoge efficiëntie, schaalbaarheid, flexibiliteit en betrouwbaarheid in een compacte vorm. Tegelijkertijd brengt deze technologie specifieke ontwerpuitdagingen met zich mee, zoals de noodzaak voor nauwkeurige timing, schakelaars met hoge spanningsweerstand en een geavanceerde besturing die zeer snel kan reageren op netcondities.

Naast de technische werking van het MSM-systeem is het van belang om te begrijpen dat de integratie van dergelijke omvormers in het elektriciteitsnet vraagt om een doordachte benadering van netstabiliteit en energiemanagement. Het vermogen om binnen microseconden te reageren op fluctuaties maakt de MSM inverter geschikt voor geavanceerde netbeheersystemen waarbij variabele duurzame bronnen, opslag en belasting dynamisch worden aangestuurd. Dit draagt bij aan een robuuste en efficiënte netinfrastructuur, die noodzakelijk is voor de energietransitie en het duurzaam gebruik van hernieuwbare bronnen.

Wat zijn de voordelen van medium-voltage DC (MVDC) systemen voor stroomnetwerken en hun toepassingen?

De opkomst van medium-voltage direct current (MVDC) systemen in de wereld van de elektriciteitsdistributie is een ingrijpende ontwikkeling die aanzienlijke voordelen kan bieden ten opzichte van traditionele wisselstroom (AC) systemen. MVDC-systemen worden steeds vaker beschouwd voor verschillende toepassingen, van elektrische schepen tot datacenters, hernieuwbare energiebronnen en stedelijke netwerken. Deze systemen onderscheiden zich door hun efficiëntere structuur en potentieel om de kosten, betrouwbaarheid en energieoverdracht te verbeteren.

Het belangrijkste voordeel van MVDC ten opzichte van AC is dat het aantal vermogensomzettingsstappen en de benodigde kabels verminderd worden. DC-systemen vereisen doorgaans minder complexe omvormers, wat resulteert in een hogere vermogensdichtheid en lagere operationele kosten. Daarnaast heeft een MVDC-systeem minder verliezen bij de omzetting van energie, wat bijdraagt aan een hogere efficiëntie van het systeem als geheel.

Een ander aspect van de toepassing van MVDC is de mogelijkheid om langere afstanden te overbruggen zonder significante verliezen. Bij hogere spanningen kunnen de verliezen bij gelijkstroomdistributie veel lager zijn dan bij wisselstroom, wat MVDC-systemen bijzonder geschikt maakt voor toepassingen in grote infrastructuren zoals industriële en commerciële netwerken. Dit maakt het mogelijk om energie efficiënter over langere afstanden te transporteren, wat cruciaal is voor de transitie naar duurzamere energienetwerken.

De spanningsclassificatie van MVDC is relatief breed. Het wordt gedefinieerd als een systeem met een spanning van meer dan 1 kV, maar minder dan of gelijk aan 150 kV voor gelijkstroom (DC). Deze spanningsniveaus worden specifiek gekozen voor de gewenste toepassing, waarbij de doelstellingen voor prestaties, kosten en efficiëntie in overweging worden genomen. In sommige gevallen kan het spanningsniveau variëren, afhankelijk van de eisen van de toepassing, maar over het algemeen worden spanningen tussen de 10 kV en 100 kV als standaard beschouwd voor deze technologie.

In een recente techno-economische analyse werd voorspeld dat het gebruik van MVDC-architecturen de kosten voor datacenters aanzienlijk zou kunnen verlagen. Dit komt doordat het aantal benodigde energieomzettingsfasen en de infrastructuur voor energieoverdracht aanzienlijk afnemen, wat leidt tot kostenbesparingen op zowel installatie- als onderhoudsniveau. In datacenters kunnen DC-systemen bovendien beter integreren met de groeiende behoefte aan hernieuwbare energiebronnen, zoals zonnepanelen en windturbines, die vaak gelijkstroom leveren.

De technische voordelen van MVDC strekken zich echter niet alleen uit tot de energieoverdracht. De toepassing van MVDC in hybride schakelaars voor condensatoren is een ander gebied dat aanzienlijke vooruitgang vertoont. Deze technologie maakt gebruik van Wide Bandgap (WBG) materialen, zoals siliciumcarbide (SiC), die kunnen functioneren bij hogere spanningen en temperaturen dan traditionele siliciumgebaseerde schakelaars. WBG-materialen bieden hogere efficiëntie, snellere schakeltijden en verbeterde thermische prestaties, wat de betrouwbaarheid en prestaties van systemen op het mediumspanningsniveau aanzienlijk verbetert.

Verder maakt de toepassing van optisch geactiveerde schakelaars, zoals die gebaseerd op siliciumcarbide (SiC), het mogelijk om de reactie- en schakelprestaties van het systeem verder te verbeteren. Deze fotonische schakelaars hebben zich bewezen in verschillende toepassingen, waaronder de snelle controle van stroomnetwerken en de implementatie van high-power optische schakelaars voor energiebeheer. Dit opent de deur voor nog efficiëntere vermogensbeheertechnieken, waarbij fotonische signalen worden gebruikt om de schakeltijd te optimaliseren zonder de nadelen van traditionele elektronische schakelaars.

Naast de voordelen van verhoogde efficiëntie en lagere kosten, biedt het gebruik van MVDC-systemen ook meer flexibiliteit bij de integratie van hernieuwbare energiebronnen. Terwijl AC-systemen vaak moeten worden aangepast om de onregelmatigheden in de opwekking van hernieuwbare energiebronnen zoals zonne-energie en windenergie te compenseren, kunnen MVDC-systemen deze energie veel effectiever omzetten en distribueren. Dit maakt MVDC een geschikte keuze voor de energietransitie, waarin hernieuwbare bronnen steeds belangrijker worden.

Het is van belang te begrijpen dat de implementatie van MVDC-systemen technische uitdagingen met zich meebrengt, zoals de noodzaak voor nieuwe isolatietechnologieën en betere fouttolerantie in de systemen. De isolatie van de componenten moet bestand zijn tegen de hogere spanningen die gepaard gaan met MVDC, en dit vereist een zorgvuldige keuze van materialen en ontwerpelementen die bestand zijn tegen de gevolgen van langdurige belasting bij hoge spanning.