Inbetriebnahme und Untersuchung eines 1 kV MMC Submoduls in einem Power-Hardware-in-the-Loop Prüfstand

  • Motivation

    Im Stromnetz, insbesondere für die Hochspannungs-Gleichstromübertragung (HGÜ), nehmen Modular Multilevel Converter (MMC) eine zunehmend wichtige Rolle ein. Der Vorteil von MMC ist ihr modulares Konzept, bestehend aus einer Vielzahl von Submodulen (SM), die in Serie geschaltet werden. Dadurch werden eine hohe Zuverlässigkeit und Skalierbarkeit des Umrichters erreicht. Um ein korrektes Verhalten der SM im Gesamtsystem zu gewährleisten, ist es von Vorteil, die SM und die entsprechende Software unter möglichst realistischen Bedingungen zu testen. Deshalb wird am Elektrotechnischen Institut (ETI) eine Power-Hardware-in-the-Loop (PHiL)-Testumgebung für ein SM eines MMC aufgebaut und in dieser bereits Demo-SM mit kleiner Zellspannung betrieben. Die Testumgebung besteht aus einem HiL-Modell des MMC, das auf dem SoC-System, dem ETI-eigenen Signalverarbeitungssystem, betrieben wird. Über dieses Modell wird der Strom berechnet, der über das zu testende SM fließt und anschließend in dieses über einen Leistungsverstärker eingeprägt. Im Zuge des Projekts High Power Grid Lab sollen nun am Campus Nord mehrere Mittelspannungs-MMC aufgebaut werden, deren SM eine mittlere Kondensatorspannung von etwa 1 kV haben. Diese sollen auch an dem PHiL-Prüfstand getestet werden.

    Aufgabenstellung

    In dieser Arbeit soll ein 1 kV SM in Betrieb genommen werden und anschließend in den PHiL-Prüfstand eingebunden werden. Die Gatesignale für das SM sollen vom SoC-System über LWL übertragen werden. Im ersten Schritt muss die Logik zur Erzeugung der Gatesignale auf dem SoC-System implementiert werden. Diese Logik soll zuerst mit einer konstanten DC-Spannung getestet werden. Anschließend soll das SM mit einem Sinusstrom betrieben werden und die Auswirkung des schaltenden SM auf den von den Leistungsverstärkern gestellten Strom untersucht werden. Da der Kondensator eines solchen SM sehr groß ist, soll das SM stattdessen mit einer steuerbaren Spannungsquelle, die das Kondensatorverhalten nachbildet, betrieben werden. Dieses Kondensatorverhalten soll auch auf dem SoC-System implementiert werden. Dafür muss eine Strommessung zum Aufbau hinzugefügt werden. Im Anschluss soll das bereits existente HiL-Modell des MMC für das SM parametriert werden und das SM mit diesem betrieben werden.