Entwicklung eines Prüfverfahrens zur Verlustbestimmung an HGÜ-Mehrpunkt-Stromrichtermodulen

In der Arbeit werden das Schalt- und Verlustverhalten von Teilmodulen (en: submodules, TM) experimentell untersucht. Hierfür wird der Betrieb eines modularen Mehrpunkt-Stromrichters (en: modular multilevel converter, MMC) für die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) anhand von Szenarien nachgebildet. Geeignete Versuchsanordnungen werden hergeleitet sowie der Aufbau der neu eingerichteten Versuchsanlage, der neu entwickelten niederinduktiven Teilmodule und des speziell für die Untersuchungen zusammengestellten Messsystems dokumentiert. Die Verlustbestimmung erfolgt durch die Auswertung gemessener elektrischer Signale. Einblick in die Schaltvorgänge und die thermische Belastung des TM-Prüflings während des Prüfbetriebs wird gegeben. Welchen Verlustanteil im Prüfling die Schalthandlungen und Durchlasszustände der IGBTs und Dioden sowie der Teilmodul-Kondensator verursachen, wird aufgezeigt. Die Genauigkeit bei der TM-Verlustbestimmung während des kontinuierlichen Szenario-Betriebs unter Verwendung der eingeführten Auswerte-Methodik wird analysiert. Abschließend werden das Messsystem und die relevanten Messketten ausführlich untersucht. Es werden Maßnahmen abgeleitet, um eine hohe Genauigkeit bei den elektrischen Messungen und der Verlustbestimmung zu erreichen. Das Messsystem wird für das Messen von Gleich- und Wechselspannungen sowie Sprung- und Impulsantworten kalibriert und die erreichten Messunsicherheiten werden aufgeführt. Auf Basis der Kalibrierergebnisse wird die erreichbare Unsicherheit berechnet, mit der Schalt- und Leitungsverluste mit Hilfe des verwendeten Messsystems bestimmt werden können. Mit Abschluss dieser Arbeit stehen eine Versuchsumgebung und ein Referenzmesssystem bereit, um das Schalt- und Verlustverhalten von MMC-Teilmodulen zu analysieren und zu optimieren.