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BA – Untersuchungen Dreilevel-Umrichter-Topologien

Untersuchungen zu Dreilevel-Umrichter-Topologien in aktiven Filtern im Niederspannungsnetz

Kurzzusammenfassung

Aktive Filter werden im Niederspannungsnetz zur Reduzierung von Oberschwingungen und äquivalent zur Kompensation von Blindleistung verwendet. Oberschwingungen im
Netz werden hauptsächlich durch die verzerrten Ströme nichtlinearer Lasten verursacht. Das Kernstück des aktiven Filters bildet ein Wechselrichter. In dieser Arbeit werden die Dreipunkt-Umrichter-Topologien NPC, T-NPC und Flying Capacitor Inverter in aktiven Filtern betrachtet. Zu Beginn der Arbeit wird die Problematik von Oberschwingungen im Netz erläutert, sowie die Betriebsweise des aktiven Filters skizziert. Die Besonderheiten bei der Anwendung von Umrichtern in aktiven Filtern liegt in der Form der Ausgangsströme. Dazu werden zwei Arten Lastströme bei Gleichrichtern veranschaulicht, welche den häufigsten Typ nichtlinearer Last darstellen. Anhand der Angaben in Datenblättern von ausgewählten Leistungshalbleitermodulen werden mittels eines in dem, in Matlab integrierten, Simulationstool
”Plecs“ erstellten Simulationsmodell Simulationen zur Ermittlung der Schalt- und Druchlassverluste des Umrichters. Im Modell wird ein breites Spektrum von Betriebsfällen aufgezeigt. Es werden verschiedene Parameter variiert, um deren Einfluss auf das System zu prüfen.

Abstract

Corresponding to the rising number of non-linear loads on the power supply grid, the issues caused by harmonics are becoming more present. Striving to a reduction of harmonics in the supply grid, active power filters feature an attractive application. Ordinarily, power inverters form the main component, containing in an active filter. The majority of active filters appearing on the market use three level inverters. In the following approach, the popular three level topologies neutral point clamped and T-type neutral point clamped inverter are contrasted to the less applied flying capacitor topology. The special characteristic of active filters, compared to other inverter applications, is the intended generation of non-sinusoidal currents, which belong to the functioning of active filters. At the outset the subject matter of harmonics is analysed to comprehend the operating principle of active filters. Due to the large variety of non-linear load currents active filters are reliable to a vast number of cases. In this thesis the inverter losses are investigated by a simulation model, that reproduces a large spectrum of operating points. To examine the mentioned topologies representatively, the data sheet informations of selected power semiconductor modules are employed to simulate switching and conduction losses. Simulations are performed with the simultion tool “plecs”, which is integrated in Matlab simulink. A number of parameters are varied to check the effect on the losses.

Bearbeiter: Kai Pfannschmidt

Betreuer: Andreas Lukaschik (Fraunhofer IISB) – Telefon: 0911-56854-9174; Email: Andreas.Lukaschik@iisb.fraunhofer.de

Für Studienfächer: EEI, Energietechnik

Verantwortlicher: Prof. Dr.-Ing. Martin März