Aktiver Front-End-Wandler auf Basis von MMC

Modularer Multilevel-Konverter (MMC)

Modulare Multilevel-Konverter (MMC) sind eine Art von leistungselektronischen Konvertern, die für die Umwandlung von Mittel- und Hochspannungs-Gleichstrom verwendet werden und aus einer Vielzahl (bis zu mehreren Hundert) in Reihe geschalteter Teilmodule mit relativ niedriger Nennspannung bestehen. Diese Topologie erzeugt mehrere Ausgangsspannungsebenen, die eine verbesserte Effizienz und Spannungssteuerung in elektrischen Hochleistungssystemen ermöglichen.

MMCs sind eine Schlüsseltechnologie für die Energiewende in unserer Gesellschaft, da sie einen besseren Wirkungsgrad, eine höhere Stromqualität, Fehlertoleranz und eine höhere Leistungsdichte bieten. Die Fähigkeit, in verschiedenen Spannungsbereichen zu arbeiten, macht diese Technologie für die Entwicklung sowohl von Wechsel- als auch von Gleichstromnetzen unverzichtbar. Indem wir die Fähigkeiten der MMC-Technologie nutzen, können wir die Energiesysteme für eine nachhaltige Zukunft gestalten.

Our 500 kVA - 9 levels modular multilevel converter (MMC)
Our 500 kVA - 9 levels modular multilevel converter (MMC)

MMC technology is crucial for medium-voltage range hybrid grids. Despite the requirement for a large number of power electronic devices, ensuring a highly reliable converter is essential to enable uninterrupted operation and reduced maintenance time. Fraunhofer ISIT offers the following benefits:

  • Hocheffizienter Abwärtsbetrieb: Verbesserung der Interkonnektivität mit Hybridnetzen
  • DC-Fehlerüberbrückung: Gewährleistung der Netzstabilität bei Fehlern 
  • Innovatives Überstrommanagement zur Unterstützung von AC-Netzen
  • Gut ausgestattetes Mittelspannungslabor für Prüfungen bis zu 10 kV - 1 MVA mit flexiblen Mehrfach-MMC-Aufbauten für Nieder- und Mittelspannung.

 

Aufgrund des Mangels an aktuellen Standards für Mittelspannungs-Gleichstromnetze ist die Bereitstellung von Verbindungsmöglichkeiten für verschiedene Spannungsebenen von entscheidender Bedeutung, um die Realisierung von Hybridnetzen der nächsten Generation zu ermöglichen. Gegenwärtig werden leistungselektronische Wandler vorwiegend in einem begrenzten Bereich von Mittelspannungsanwendungen, typischerweise unter 10 kV, eingesetzt, wobei ältere 2- oder 3-Ebenen-Lösungen verwendet werden.

Am Fraunhofer ISIT entwickeln wir Hardwarelösungen für MMCs mit Mittelspannungsanschluss, einschließlich Halbbrücken-, Vollbrücken- und Hybridstrukturen. Um eine optimale Leistung und Zuverlässigkeit zu gewährleisten, forschen wir auch an der thermischen Überwachung mit minimaler zusätzlicher Hardware. Auf diese Weise können wir eine aktive thermische Steuerung implementieren und effektive Überstrommanagement-Funktionen in den Wandler integrieren. Darüber hinaus erforschen wir fortschrittliche Steuerungstechniken, insbesondere für den gleichzeitigen elektrischen und thermischen Abgleich und auf Systemebene für die Netzbildung, um die Integration des Umrichters in das Stromnetz zu verbessern.  

Offshore-Windparks

  • Hohe Leistungsübertragungsfähigkeit
  • Geringe Leistungsverluste bei großen Entfernungen
  • Unabhängige Steuerung von Wirk- und Blindleistung

STATCOM

  • Schnelle Dynamik für die Spannungsregelung
  • Geringe harmonische Verzerrung
  • Hoher Wirkungsgrad für Hot-Standby-Lösungen

Schnell-Ladestationen

  • Hohe Kontrollierbarkeit
  • Integration von Energiespeichern
  • Hohe Leistungsdichte und Effizienz

MVDC-Verteilung

  • Verbesserte Konnektivität
  • Erhöht die Stromkapazität um bis zu 80 % im Vergleich zu AC
  • Steuerung des Stromflusses
  • Hohe Flexibilität

  • Untersuchung des externen Anschlussmechanismus zur Messung des Spannungsabfalls von Leistungshalbleitern im Betrieb.
  • Bewertung verschiedener Modulationen im MMC und ihrer Auswirkungen auf den DC-seitigen Strom und auf die Verdrahtung des Umrichters.
  • Untersuchung von Schutzstrategien unter Verwendung der Temperaturinferenz des Bauelements auf der Grundlage seines TSEP.
  • Entwicklung einer Methodik zur Korrelation von Bauteiltemperatur und Umlaufstrom.