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Intelligente und fehlertolerante Modular-Multilevel-Cascade-Converter (ifMMCC) für zukünftige erneuerbare Energiesysteme unter beliebigen Netzfehlern

Oliver Kalmbach, HS München

Oliver Kalmbach

 

Oliver Kalmbach beendete im Herbst 2016 sein Bachelorstudium an der Hochschule Karlsruhe – Technik und Wirtschaft. Im Anschluss studierte er Elektrotechnik und Informationstechnik mit Kernbereich Power Engineering an der Technischen Universität München und schloss das Masterstudium im Dezember 2018 ab. Nach einer kurzzeitigen Tätigkeit als Entwicklungsingenieur ist er seit November 2019 als wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Hochschule München beschäftigt.

 

Betreuer:

Prof. Dr.-Ing. habil. Christoph M. Hackl, HS München

Prof. Dr.-Ing. Thomas Hamacher, TUM

 

 

Intelligente und fehlertolerante Modular-Multilevel-Cascade-Converter (ifMMCC) für zukünftige erneuerbare Energiesysteme unter beliebigen Netzfehlern

 

Um die ambitionierten Ziele der Pariser Klimakonferenz zu erreichen, bedarf es einem drastischen Ausbau erneuerbarer Energiesysteme. Vor allem der Ausbau von Photovoltaik- und Windkraftanlagen gilt als vielversprechend. Die dabei stetig steigende Nennleistung der Erzeuger sowie die Reduzierung der Massenträgheit im Versorgungsnetz durch die abnehmende Anzahl klassischer Generatoren, bringen mehrere Herausforderungen auf Hard- und Softwareebene mit sich.

Abbildung 1 – Modularer Multilevel Umrichter (M2C) in Back-to-Back Anordnung

 

Eine Schlüsseltechnologie stellt hierbei die Leistungselektronik dar. Diese bietet die nötige Dynamik, Steuerbarkeit und Flexibilität das Verteilernetz auch bei Netzfehlern zu stabilisieren. Die steigende Nennleistung geht mit einer höheren Beanspruchung der Systemkomponenten, insbesondere den leistungselektronischen Bauteilen einher. Hierdurch rücken mehrstufige Umrichter immer mehr in den Fokus der Forschung und innerhalb dieser Familie wirken die Topologien der Modularen Multilevel Kaskaden Umrichter (MMCC) äußerst interessant.

 

Innerhalb dieses dreijährigen deutsch-chilenischen Verbundprojekts sollen zwei dieser zukunftsweisenden Topologien genauer untersucht werden, um damit die Flexibilität, Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit, leistungsstarker, zukünftiger erneuerbarer Erzeugungsanlagen und Verteilerstationen mit Hilfe von MMCC signifikant zu erhöhen. Auf chilenischer Seite liegt dabei der Forschungsschwerpunkt bei den Modularen Multilevel Matrix Umrichtern (M3C) und auf deutscher Seite bei den Modularen Multilevel Umrichtern (M2C). Es sollen robuste und fehlertolerante Regelungssysteme und Regelungsstrategien theoretisch, simulativ und experimentell für die beiden Topologien unter verschiedenen System- und Netzfehlern entwickelt, studiert und validiert werden. Ein weiterer Aspekt stellt die Systemredundanz dar. Hierfür sollen geeignete, anpassungsfähige M3C-, M2C-Zelltopologien betrachtet und analysiert werden.