Vergleich von Hardware-in-the-Loop Modellen eines Modularen Multilevel-Umrichters

  • Motivation

    Im Rahmen des Projekts LeMoStore wird ein Modularer Multilevel-Umrichter (MMC) mit in die MMC-Zellen integrierten Batteriemodulen entwickelt. Um die Lebensdauer der integrierten Batterien zu optimieren, werden neue Regelungskonzepte für den Betrieb des MMC entworfen.

    Um diese neuen Konzepte der Regelung frühzeitig testen zu können, bietet sich die Implementierung eines Hardware-in-the-Loop (HiL) Modells an, wie es bereits in anderen Projekten am ETI getan wird.

    Für MMCs existieren verschiedene Ansätze zur Implementierung eines echtzeitfähigen Modells. Allerdings beschränken sich diese Ansätze oft auf Halbbrücken innerhalb der MMC-Zellen und gehen davon aus, dass jede
    MMC-Zelle lediglich einen Kondensator als Energiespeicher enthält. Somit ist eine Erweiterung des MMC-Zell-Modells zur Modellierung von Batteriemodulen und Vollbrücken notwendig.

    Für die Batteriemodule existiert ein echtzeitfähiges HiL-Modell, das auf dem FPGA der am ETI entwickelten Signalverarbeitungsplattform, dem SoCSystem, läuft. Dieses HiL-Modell soll nun um ein Modell des MMC erweitert werden.

     

    Aufgabenstellung

    Dazu sollen folgende Schritte durchgeführt werden:

     

    • Erarbeitung & Vergleich bestehender Konzepte zur echtzeitfähigen Implementierung, wie der „Pejovic Methode“ [1] oder der direkten Diskretisierung mit Schaltzuständen [2]
    • Auswahl eines Konzepts
    • Implementierung des Modells für einen Zweig auf dem FPGA des SoC-Systems mithilfe der Codegenerierung aus Matlab/Simulink
    • Parametrierung des Modells anhand eines bestehenden MMCs
    • Messtechnische Validierung des Modells anhand eines verfügbaren MMCs

     

     

    [1] P. Pejovic und D. Maksimovic, „A method for fast time-domain simulation of networks with switches“, IEEE Trans. Power Electron., Bd. 9, Nr. 4, S. 449–456, Juli 1994, doi: 10.1109/63.318904.

    [2] L.-A. Gregoire, H. Fortin-Blanchette, K. Al-Haddad, W. Li, und J. Belanger, „Real-time simulation of modular multilevel converter on FPGA with sub-microsecond time-step“, in IECON 2014 - 40th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, Dallas, TX, USA, Okt. 2014, S. 3797–3802. doi: 10.1109/IECON.2014.7049065.