Zukünftige Energieversorgungsnetze werden vermehrt als vermaschte, länderübergreifende Multiterminal HVDC Netze ausgelegt. Der Ausfall einer Umrichterstation oder eines Leitungsabschnittes führt dann zwangsweise nicht zu einem Ausfall des gesamten Netzes.
Der Modulare Multilevel Umrichter ist dabei in der Lage, mit entsprechenden Submodulen, sehr schnell auf DC- und AC-seitige Fehler zu reagieren. Prinzipbedingt benötigt der Modulare Multilevel Umrichter jedoch eine Symmetrierung der dezentralen Energiespeicher, welche im Fehlerfall divergieren können. Daher muss der Umrichter, inklusive seiner Regelung, so robust ausgelegt sein, dass es zu keinem internen Ausfall kommt.
In der vorliegenden Dissertation wird ein neuartiges Konzept zur Regelung der Zweigenergien von Modularen Multilevel Umrichtern vorgestellt. Die Regelung in diskreten Zeitabschnitten ermöglicht eine schnelle Detektion verschiedener Arten von AC- und DC-seitigen Kurzschlüssen. Dadurch müssen Unsymmetrien nicht erst über mehrere AC-Perioden hinweg ausgeregelt werden, was auch eine ungünstige Auslegung des Umrichters verhindert.
Der zweite Teil dieser Arbeit behandelt einen hybriden DC-Leistungsschalter. Fehlerhafte Leitungen in vermaschten HVDC-Netzen werden dadurch schnell und sicher trennbar. Dabei steht der modulare Aufbau im Vordergrund. In einem Laboraufbau wurden neben der Funktionsweise des Leistungsschalters auch eine Optimierung der elektrischen Systemkomponenten durchgeführt. Im Vergleich zu rein elektronischen Leistungsschaltern ist der vorgestellte und optimierte hybride Leistungsschalter wesentlich verlustärmer.
Aktualisiert: 2022-02-24
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Die Leistungselektronik ist eine Schlüsseltechnologie mit weiterhin zunehmender Bedeutung für die wichtigen Themen der Energieeffizienz, Automatisierung und Mobilität. Extrem hohe Anforderungen bezüglich Systemverfügbarkeit erfordern neuartige Topologien der Leistungselektronik, welche die sichere Funktion der Umrichter auch nach einzelnen Defekten gewährleisten.
Der untersuchte Modulare Hochfrequenz Umrichter (MHF) stellt für zukünftige Herausforderungen eine geeignete Topologie dar. Der Betrieb mit kleinen passiven Komponenten basiert auf einer hohen Anzahl von Systemstufen am Ein- und Ausgang (Multilevel-Technik). Der modulare Aufbau des MHFs ist die Basis der hohen Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit des Systems.
Einen Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit bildet die Regelung der Umrichter, sowohl im Normalbetrieb als auch im Betrieb nach Auftreten einzelner Defekte (redundanter Betrieb). Das Regelungskonzept ermöglicht den rückwirkungsfreien Betrieb
mehrerer Umrichter an einem gemeinsamen DC-Netz. Zusätzlich zeichnet sich die Regelungsstruktur dadurch aus, dass eine Erweiterung auf beliebige Strangzahlen und Submodule ohne signifikanten Mehraufwand möglich ist.
Weiter werden die Voraussetzungen eines rückwirkungsfreien, sicheren Betriebs mehrerer Wechselrichter an einem DC-Netz untersucht. Zu diesem Zweck erfolgt eine allgemeine Berechnung der komplexen Eingangsimpedanz des MHFs.
Ebenfalls sind Verfahren für die Regelung des redundanten Betriebs vorgestellt. Simulations- und Messergebnisse schließen die theoretischen Betrachtungen der Regelung und des redundanten Betriebs jeweils ab.
Aktualisiert: 2021-12-20
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Um die gestiegenen Anforderungen an elektrische Antriebe im Hinblick auf Zuverlässigkeit und Sicherheit zu erfüllen, wurden in den letzten Jahren PHIL-Emulatoren für elektrische Maschinen entwickelt. Aufgrund funktionaler Einschränkungen können diese Emulatoren das Verhalten einer realen Maschine jedoch bisher nicht äquivalent nachbilden. Die vorliegende Arbeit setzt an diesem Punkt an und zeigt auf, wie ein PHIL-Prüfstand konzipiert sein muss, um eine Synchronmaschine ganzheitlich nachzubilden. In order to fulfill the increased requirements for electrical drives in terms of reliability and safety, PHIL emulators for electrical machines have been developed over the past years. However, up to now, these emulators are not suitable to emulate the operating behavior of a real machine equivalently. This study starts at this point and identifies the ideal design of a PHIL test bench to emulate a synchronous machine holistically.
Aktualisiert: 2021-02-11
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