Schutz eines modularen Multilevelumrichters gegen Gleichstromfehler in MTDC-Systemen und sein zuverlässiger Betrieb bei internen Schalterausfällen und unsymmetrischen Wechselstromfehlern

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Hossein Imaneini, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Elektrische Energiesysteme, Power Management, Leistungselektronik, elektrische Maschinen und Antriebe
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 540869154

In diesem Projekt werden der Schutz von Modularen Multilevelumrichtern (oder hybriden Modularen Multilevelumrichtern) gegen Gleichstromfehler in multiterminalen Gleichstromsystemen (MTDC) und der fehlertolerante Betrieb von Modularen Multilevelumrichtern bei internen Schalterausfällen und unsymmetrischen Wechselstromfehlern untersucht. Besonderes Augenmerk wird auf die Entwicklung neuer Lösungen zur Verringerung der Fehlerstromspitzen in den Armen des Modularen Multilevelumrichters und hybriden Leistungsschaltern (LS) bei Gleichstromfehlern gelegt. Die Einführung eines zuverlässigen Fehlererkennungsalgorithmus in MTDC-Systemen, die Koordinierung von Leistungsschaltern mit Umrichterstationen, die Verwendung von hybriden Modularen Multilevelumrichtern mit einer geringeren Anzahl von bipolaren Submodulen und die Änderung des Steuerungssystems des Modularen Multilevelumrichters sind Schritte zum Schutz von hybriden Modularen Multilevelumrichtern, zur Verbesserung ihrer Leistungsfähigkeit bei Gleichstromfehlern und zur Verringerung der Auslegung von hybriden Leistungsschaltern und des Nennstroms von Modularen Multilevelumrichtern Stationen. Zusätzlich zum Schutz vor externen Gleichstromfehlern wird der fehlertolerante Betrieb von Modularen Multilevelumrichtern bei internen Schalterausfällen und unsymmetrischen Wechselstromfehlern untersucht, um die Verfügbarkeit der Modularen Multilevelumrichter zu maximieren. Jede Fehlerbedingung führt zu einem bestimmten Ungleichgewicht auf dem Hybriden Modularen Multilevelumrichter. Dieses Ungleichgewicht verschiebt die Leistungs-/Energieverteilung in den Umrichterzweigen und erhöht dadurch 1) die Spannungsrestwelligkeit (und Überspannungen) in den Submodulen, 2) das Energieungleichgewicht zwischen Halb- und Vollbrücken, 3) den Umlaufstrom in den Umrichterzweigen und 4) die Schwankungen der DC- und AC-seitigen Ströme. All diese Variablen sollten innerhalb bestimmter Grenzen gehalten werden, um die Betriebssicherheit aufrechtzuerhalten, insbesondere wenn der Modulationsindex größer als eins ist. Schließlich werden wir alle entwickelten Methoden durch Simulationen und Experimente verifizieren und ihre Gültigkeit und Anwendbarkeit bestätigen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen