M.Sc. Sophie Knierim

Motivation

Am Elektrotechnischen Institut wird momentan ein Einzelzellteststand für die Submodule eines Modularen Multilevel Converters (MMC) aufgebaut. Der Prüfstand hat zum Ziel ein einzelnes Submodul derart zu testen, als befände es sich im Umrichter. Hierdurch können Probleme im Prototyp schon vor der Massenfertigung erkannt werden. Der Einzelzellteststand besteht aus einem Signalteil, auf welchem die MMC-Regelung und die Echtzeitemulation eines MMC implementiert sind, aus einem Leistungsverstärker und einem Submodul. Der Leistungsverstärker dient dazu, den von der Signalverarbeitung berechneten Strom als Stromquelle für das einzelne Submodul bereitzustellen. Er besteht aus einem parallelen Multiphasen-Umrichter, der von der Firma AVL SET entwickelt wurde1. Erste Messungen zeigen folgendes nichtideales Verhalten des Leistungsverstärkers: Der Sollstrom wird nicht vollständig ausgeregelt und beim Schalten des Submoduls kommt es zu transienten Stromspitzen.

Aufgabenstellung

Ziel der Arbeit ist es, das nichtideale Verhalten der Emulatoren zu quantifizieren und die transienten Stromspitzen durch prädiktive Sollwert-korrektur zu verringern. Die Frage bei der Quantifizierung lautet welchen Einfluss der nichtlineare Verlauf des Stroms auf die Kondensatorspannung im Submodul im Vergleich zum idealen Verlauf hat. Das Konzept der prädiktiven Sollwertkorrektur besteht darin, mithilfe des Wissens der Schaltzeitpunkte des Submoduls den Stromsollwert während des Schaltvorgangs so anzupassen, dass die Stromspitzen kompensiert werden. Dafür muss auf dem FPGA des Signalverarbeitungssystems eine Berechnung der Schaltzeitpunkte aus der Sollspannung erfolgen, eine Synchronisierung zum Submodul implementiert, sowie ein Modell entwickelt werden, welches die Höhe der Adaption der Sollspannung bestimmt. Abschließend erfolgt eine Validierung des entwickelnden Konzepts.