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Dipl.-Ing. Johannes Kolb

Room: 011
Phone: +49 721 608-46251
Fax: +49 721 358854
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Liste Projekte PRJ-L 550//Projekte Kolb
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Liste Artikel ART-L 663//Veröffentlichungen Kolb
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VDE/VDI-Fachtagung Antriebssysteme 2013, Nürtingen

Das Prinzip der Modularen Multilevelumrichter (MMC, M2C) ist ein innovativer Ansatz aus der Gleichstrom-Energieübertragung im Hochspannungsbereich, welcher vorteilhaft für Antriebsumrichter eingesetzt werden kann. Der Beitrag stellt die MMC-Topologien mit ihren Anwendungspotentialen sowie deren Vorteile für die Speisung von elektrischen Drehstrommaschinen dar. Hierbei werden die grundlegenden funktionalen Zusammenhänge hinsichtlich der Regelung und Dimensionierung vorgestellt und die Auswirkungen auf die Maschinen diskutiert. Zusätzlich lässt sich die Integration von Batteriespeichern mit Hilfe von hocheffizienten DC-DC-Wandlern auf Zellebene aufwandsarm realisieren.

2. Jahrestagung des KIT-Zentrums Energie, Karlsruhe

Modulare Multilevelumrichter bieten aufgrund der Serienschaltung von identischen leistungselektronischen Zellen zahlreiche Vorteile in verschiedensten Anwendungen für zukünftige Energiesysteme. Sie ermöglichen insbesondere im Hochspannungsbereich flexible und skalierbare Lösungen zur effizienten Umwandlung von elektrischer Energie bis weit in den Megawattbereich hinein. Durch die Erzeugung von mehrstufigen Spannungen mit geringen Oberschwingungen werden Filtermaßnahmen minimiert und die Qualität der Stromeinprägung deutlich erhöht. Neben der Kopplung unterschiedlicher elektrischer Netze sowie der Anbindung von elektrischen Maschinen bzw. Generatoren eignen sich Modulare Multilevelumrichter besonders zur Integration von Batterien für die großtechnische Speicherung von elektrischer Energie. Diese Schaltungstopologie bildet damit eine mögliche Schlüsseltechnologie zur Bewältigung der technischen Herausforderungen in zukünftigen elektrischen Energiesystemen, insbesondere bei der Einbindung von regenerativen Energiequellen.

2. Jahrestagung des KIT-Zentrums Energie, Karlsruhe

PCIM Europe 2013, Nuremberg, Germany

The Modular Multilevel Converter (MMC) is an upcoming topology for high efficiency power
conversion not only in the high voltage range but also for low voltage applications. This contribution
presents several improvements in the hardware design, control and modulation of a low
voltage MMC to increase the efficiency over 99%. Simply standard Silicon-MOSFETs and no
SiC- or GaN-transistors are used as semiconductor switches in the prototype converter. The
detailed analysis of the efficiency also shows an excellent performance in the low power range,
which yields to a very flat efficiency curve. Therefore, the MMC is especially suited for grid
connected inverters, e. g. in applications like DC microgrids, photovoltaics etc.

PCIM Europe 2013, Nuremberg, Germany

The benefits of supplying the rotor circuit of a Doubly Fed Induction Generator (DFIG) by the
Modular Multilevel Matrix Converter (M3C) are presented. The M3C allows higher rotor voltages,
lower rotor currents and a higher redundancy compared to existing solutions. Filters
are dispensable due to the generated multilevel voltages. In case of a line voltage drop the
M3C arm voltages can be used to generate temporarily higher rotor voltages which may help
to control the rotor currents during faults.

PCIM Europe 2013, Nürnberg

EPE-PEMC 2012 ECCE Europe, Novi Sad, Serbia

The Modular Multilevel Converter is an upcoming topology for medium voltage drive applications in the megawatt power range. This paper presents the procedure of the converter’s dimensioning, which is used for the design of a prototype MMC-System. The voltage rating and the required size of the capacitors in the cells are calculated. The inductance of the arm choke, depending on the modulation strategy is determined. The prototype is realised by using self-powered cells, which are precharged without any additional power supply during the start-up phase. The design of the complete prototype including the signal processing is shown. This system provides the opportunity to analyse different control schemes, modulation strategies, impacts on the machine etc.

EPE-PEMC 2012 ECCE Europe, Novi Sad, Serbia

The Modular Multilevel Matrix Converter (M3C) is a Modular Multilevel Converter topology which is suitable for high power low speed drive applications. This paper presents a fully decoupled current control which allows an independent input, output and internal balancing current control. To equalize the energy stored in the nine converter arms, an energy and balancing control is presented which includes average, horizontal, vertical and diagonal balancing control loops. Simulation results are used to verify the function of the M3C together with an induction motor drive system. Additionally, the proper function of the recently constructed arm PCB working as single phase multilevel STATCOM is presented. This PCB will be used for each arm in the laboratory prototype of the M3C in the near future.

PCIM Europe 2012, 8-10 May 2012, Nuremberg, Germany

The Modular Multilevel Converter (MMC) is an upcoming topology for high power drive applications in the medium voltage range. This paper presents an investigation on MMCs used as motor-sided converter as well as grid-sided active-front-end converter. Experimental results from a prototype system show the operating performance of the DC-coupled MMCs at steady state including the start-up procedure. The dynamic response of the system is tested to verify the cascaded and transformed control scheme of the MMC. This control ensures a balanced energy distribution inside the MMCs in every operating point.

SPS/IPC/DRIVES 2011, Kongress, Elektrische Automatisierung, Nürnberg

In dem Beitrag wird die Anwendung von Modularen Multilevelumrichtern (MMC/M2C) zur Speisung von Drehstrommaschinen analysiert. Der modulare Aufbau des MMCs bietet zahlreiche Vorteile für den Betrieb von Mittelspannungsantrieben der Megawattklasse. Die Regelung des Umrichters sowie die interne Symmetrierung stellen die Herausforderungen beim Betrieb dar. Die Zusammenhänge zwischen den internen Energien, Spannungen und Strömen werden systematisch hergeleitet und daraus geeignete Regel- und Modulationsverfahren entwickelt.

This contribution presents a complete concept to control the Modular Multilevel Converter for feeding three-phase machines over their whole frequency range. The control scheme is realised by the combination of the decoupled current control and the balancing of the inner energy stored in the capacitors of the converter’s arms. The illustrated modulation schemes have to realise the generation of the pulse patterns for the cells to form the arm voltages as well as the equalisation of the energy in the cells. The dimensioning regarding the energy pulsation and the current load in the arms is added.

IECON 2011 - 37th Annual Conference on IEEE Industrial Electronics Society, Melbourne

The paper presents a control strategy for the Modular Multilevel Converter (MMC), which allows feeding a three-phase machine over its complete frequency range. The machine is controlled by a standard field oriented control in the outer closed loop. The inner control has to met the challenge of balancing the energy stored in the capacitance of the converter arms. In this approach two operation modes are used: a low frequency mode for start-up and low speed operation plus a high frequency mode for higher speed. A special control scheme for the low frequency mode has to be applied to achieve low energy pulsation in the
arm capacitances. It uses the common mode voltage of the three-phase machine together with inner circulating currents to ensure a symmetrical energy distribution in the arms of the MMC and to avoid any AC-currents in the DC-source.

IECON 2011 Melbourne Australia

PCIM Europe 2011, 17-19 May 2011, Nuremberg, Germany

The paper presents a control strategy for the Modular Multilevel Converter (MMC), which is able to provide low frequency or even zero frequency three-phase output voltages. This feature is necessary to feed a three-phase machine at low frequency. The common mode voltage and correspondent inner currents ensure a symmetrical energy distribution in the arms of the MMC and avoid AC-currents in the DC-source.

ESSCAP '08, 3rd European Symposium on Supercapacitors and Applications, 6.-7.11.2008, Rom



Liste Vorlesung VOR-L 549//Vorlesungen Kolb
title type place time
seminar 8C8D1596A76E43C4B3E53463F7B46E61


Liste Studien- / Diplomarbeiten SDA-L 715//zu vergebende studentische Arbeiten


Liste Studien- / Diplomarbeiten SDA-L 661//SA_DA laufend Kolb
Titel Typ Betreuer


Liste Studien- / Diplomarbeiten SDA-L 716//abgeschlossene studentische Arbeiten
Titel Typ Bearbeiter
Bachelorarbeit

Christoph Rollbühler

Masterarbeit/Diplomarbeit
Masterarbeit/Diplomarbeit, Bachelorarbeit (reduzierter Umfang)
Bachelorarbeit

Alexander Welte

Diplomarbeit (extern)

Hatem Bouferguine

Bachelor-/Masterarbeit
Studienarbeit

Maher Ghaney

Masterarbeit

Chao Wei

Diplomarbeit

Philip Schumann

Diplomarbeit (extern)

Oliver Dreher

Studienarbeit
Diplomarbeit
Studienarbeit
Studienarbeit/Bachelorarbeit
Studienarbeit
Diplomarbeit

Gregor Dötter

Diplomarbeit

--- offen ---

Studienarbeit

--- offen ---

Studienarbeit
Diplomarbeit (extern)

Tabea Rahn

Studienarbeit

Hatem Bouferguine

Studienarbeit
Studienarbeit

Michael Allgeier

Studienarbeit

Tabea Rahn

Studienarbeit

Felix Kammerer

Studienarbeit

Peter Jost