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MA – Weiterentwicklung der Regelung eines modularen Multilevel-Umrichters

Weiterentwicklung der Regelung eines modularen Multilevel-Umrichters für Active-Front-End Anwendungen

Kurzzusammenfassung

Diese Masterarbeit thematisiert die Weiterentwicklung der Regelung eines Modularen Multilevel-Umrichters (MMC) für Active-Front-End Anwendungen, wodurch ein bidirektionaler Energieaustausch zwischen AC-Netz und DC-Quelle bzw. DC-Last gewährleistet wird.

Mithilfe der Active-Front-End Regelung werden die netzseitigen Ströme so beeinflusst, dass ein unabhängiges Einspeisen von Wirk- und Blindleistung in das Netz erzielt werden kann. Zu Beginn dieser Arbeit werden die Grundlagen zum Aufbau und zur Funktionsweise des MMC erläutert. Aufbauend auf den Grundlagen wird das am Fraunhofer IISB bestehende Regelungskonzept zur Kreisstrom- und Energieregelung vorgestellt und anschließend mithilfe von verschiedenen Optimierungskonzepten in der Simulation sowie an einem Niederspannungs-MMC untersucht. Im Hauptteil dieser Arbeit wird die Regelung des MMC für den Betrieb am Versorgungsnetz entwickelt. Zusätzlich zu den simulativen Untersuchungen der Funktionsweise und Stabilität der entworfenen Active-Front-End Regelung wird die Regelung auf einem Niederspannungs-MMC System implementiert und im Gesamtsystem erprobt.

Abstract

In this master thesis a control scheme of a Modular Multilevel inverter (MMC) for Active-Front-End applications is presented, which ensures a bidirectional energy exchange between the AC grid and the DC power supply or DC sink.

The Active-Front-End control scheme influences the grid currents in such a way that an independent feed of active and reactive power can be achieved. At the beginning of this thesis the structure of the MMC, which are essential for understanding the control scheme, are explained. In addition to the fundamentals, the control concept for circulating current and energy control existing at Fraunhofer IISB will be presented. Afterwards, various optimization concepts of the circulating current control examined, which improve the control behavior and reduce the AC components in the circulating current. In the main part of this thesis the Active-Front-End control scheme of the MMC is developed. Furthermore, the concept of the control scheme and the dynamic performance were analyzed on a low voltage MMC system in several hardware tests.

Bearbeiter: Robin Westermann

Betreuer: Benjamin Ruccius (Fraunhofer IISB) – Telefon: 0911-56854 9162; Email: Benjamin.Ruccius@iisb.fraunhofer.de

Für Studienfächer: EEI

Verantwortlicher: Prof. Dr.-Ing. Martin März