Modulare Mehrpunktstromrichtersysteme (M2C) am Gleichspannungszwischenkreis

Mehrpunktstromrichter können Wechselspannungen mit geringem Oberschwingungsgehalt erzeugen. Eine relativ neue und vielversprechende Topologie ist der modulare Mehrpunktstromrichter (M2C, MMC). Bei diesem handelt es sich um einen modular aufgebauten Stromrichter ohne zentralen Zwischenkreiskondensator. Die gewünschte Ausgangsspannung wird durch geeignetes Schalten sog. „Submodule“ realisiert. Die Submodule bestehen häufig aus der Kombination einer Halbbrücke mit Kondensatoren. Da die Kondensatoren nicht durch eine externe Beschaltung geladen oder entladen werden, kommt der Regelung und Steuerung eines M2Cs eine besondere Bedeutung zu.

In der vorliegenden Arbeit werden die Themen Modellbildung, Koordinatentransformation und nichtlinearer Reglerentwurf für einen dreiphasigen M2C ausführlich behandelt. Auch ist eine umfangreiche Literaturübersicht zu aktuellen Forschungsthemen im Bereich „M2C“ enthalten. Durch die neuartige, nichtlineare Koordinatentransformation ist eine sehr übersichtliche Darstellung der Systemgleichungen möglich. Diese können z. B. dazu verwendet werden, kritische Arbeitsregimes zu identifizieren und für diese geeignete Lösungsstrategien abzuleiten. Auch können Trajektorien des Systems einfach bestimmt werden, so z. B. für den stationären Betrieb.

In der Arbeit wird ein Ausgang verwendet, bei dem die interne Dynamik von lediglich dritter Ordnung ist. Da die interne Dynamik nicht asymptotisch stabil ist, muss diese durch Planung der Solltrajektorien des Ausgangs geeignet beeinflusst werden. Ein mögliches Verfahren dazu ist ebenso Gegenstand des Buches, wie die Planung von Arbeitsregimewechseln. Durch Letztere kann der Hardwareaufwand von Stromrichtern deutlich reduziert werden.