Gemittelte Modelle und deren Regelung für dreiphasige modulare Mehrpunktstromrichter

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Albrecht Gensior
• Fachliche Zuordnung: Elektrische Energiesysteme, Power Management, Leistungselektronik, elektrische Maschinen und Antriebe
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 420450342

Das Vorhaben beschäftigt sich mit dem Steuerungs- und Regelungsentwurf für modulare Mehrpunktstromrichter, wie sie beispielsweise in Mittelspannungsantrieben oder zur Hochspannungsgleichstromübertragung eingesetzt werden. Eine besondere Herausforderung stellt dabei das Problem dar, die Energien zwischen den Zweigen zu symmetrieren und dabei gleichzeitig eine Last zu bedienen. Dies resultiert aus einem Stellgrößendefizit, das sich nur in einem anderen zeitlichen Kontext auflösen lässt, indem das mittlere Verhalten des Systems über einen längeren Zeitraum betrachtet wird. Dem aktuellen Stand der Technik entsprechend gibt es zwar Regelungsverfahren, bei denen sich dieser Schritt implizit ergibt, jedoch ohne dass eine formale Modellbildung mit dem Ergebnis eines dynamischen Modells stattfindet. Ziel ist es daher, diesen Modellbildungsschritt methodisch abzusichern und damit die bestehende wissenschaftliche Lücke zu schließen. Dazu sollen Methoden der singulären Störungsrechnung Verwendung finden, so dass im Ergebnis mathematische Modelle entstehen, die das mittlere Verhalten des Systems wiedergeben. Diese bilden dann den Ausgangspunkt für einen modellbasierten Steuerungs- und Regelungsentwurf. In diesem Zuge sollen die bisher publizierten Verfahren in diesen Kontext eingebettet werden, um die Kompatibilität der Methodik mit dem Stand der Technik zu überprüfen. Ein wichtiges Teilziel besteht darin, das Verhalten des geregelten Systems verbessern. Diese Erwartung beruht darauf, dass charakteristische Eigenschaften der Schaltung bspw. hinsichtlich der Kopplung durch den Modellbildungsprozess erhalten bleiben und so im Regelungsentwurf berücksichtigt werden können. Außerdem ergeben sich in dem langsameren zeitlichen Kontext deutlich mehr Stellgrößen als notwendig, so dass der Stellaufwand unterschiedlich auf die Stellgrößen verteilt werden kann, wozu entsprechende Verfahren entwickelt werden sollen. Schließlich ist geplant, die entwicklten Methoden auf andere zweigbasierte Umrichter, die auch ein solches Stellgrößendefizit aufweisen können, zu übertragen. Das Forschungsvorhaben ist damit im Schnittbereich der Fachgebiete Leistungselektronik und Regelungstechnik angesiedelt und soll dazu beitragen, spezielle regelungstechnische Methoden für leistungselektronische Anwendungen zu erschließen, für die sich mit der Einführung zweigbasierter Umricher ein neues Anwendungsgebiet eröffnet hat. Zur Überprüfung der Modellbildungsmethoden sowie der entwickelten Regelungsalgorithmen sind experimentelle Versuche an einem bereits vorhandenen und bewährten Versuchsstand geplant.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen