Dudin, Andrey
[VerfasserIn]
;
Petzoldt, Jürgen
[AkademischeR BetreuerIn];
Eckel, Hans-Günter
[Sonstige Person, Familie und Körperschaft];
Hiller, Marc
[Sonstige Person, Familie und Körperschaft]Technische Universität Ilmenau
Analyse und Minimierung der Verluste im modularen Multilevelumrichter
Hochschulschrift:
Dissertation, Technische Universität Ilmenau, 2018
Anmerkungen:
Das Erscheinungsdatum ist der Tag der Verteidigung
Systemvoraussetzung: Acrobat reader
Beschreibung:
Diese Arbeit befasst sich mit der Wirkung der internen Kreisströme auf die Effizienz des modularen Multilevelumrichters (MMC). Aus internationalen Veröffentlichungen sind simulative und experimentelle Ergebnisse bekannt, die sich für verschiedene Dimensionierungen unterscheiden. Das Ziel der Arbeit ist das Formulieren eines verallgemeinerten Verfahrens, welches die Bestimmung des verlustoptimalen Kreisstromes für einen pulsweitenmodulierten MMC in jedem Arbeitspunkt und mit beliebigem Design erlaubt. Weiterhin wird die Frage behandelt, von welchen Stromrichtereigenschaften das Optimierungspotential abhängt. Der Ansatz für die Effizienzoptimierung ist, eine Gesamtverlustfunktion des Stromrichters zu definieren und die stromrichterinternen Ströme so einzuspeisen, dass diese Funktion minimiert wird. Die Verlustfunktion wird zu einer verallgemeinerten Form gebracht, sodass die Eigenschaften der IGBT- und MOSFET-Schalter berücksichtigt werden können. Das beschriebene Verlustmodell auf Basis des Mittelwertansatzes ist für pulsweitenmodulierte Schaltungen einsetzbar. Nach der Bildung eines Verlustmodells und einer Analyse der Gesamtverlustfunktion werden verschiedene Minimierungsverfahren erprobt und ein Optimierungsalgorithmus zum Einsatz ausgesucht. Der direkte, simplexbasierte Nelder-Mead-Algorithmus hat in allen Betriebspunkten eine gute Genauigkeit, Konvergenzgeschwindigkeit und Stabilität gezeigt. Aus diesem Ergebnis zusammen mit den diskutierten Funktionseigenschaften folgt, dass direkte Suchalgorithmen für die Lösung der gestellten Aufgabe im Allgemeinen besser geeignet sind, als gradientenbasierte Verfahren. Die analytische Optimierung für einen verallgemeinerten Fall hat sich als zu zeitintensiv und zustandsspezifisch bewiesen und wurde nicht weiterverfolgt. Bei den simulationstechnischen Untersuchungen wurden die Implementierbarkeit des Optimierungsansatzes und die erwarteten Verlustersparnisse bestätigt. Die Effizienzoptimierung wurde an Stromrichtern mit verschiedenen Modulationsverfahren und Verlusteigenschaften erprobt. Für die meisten untersuchten Fälle gilt: je höher die Verluste vor der Optimierung, desto höher die Verlustersparnis danach. Konverter mit SiC-MOSFETs passen allerdings in diese Faustregel nicht aufgrund der nahezu identischen Verlusteigenschaften bei positivem und negativem Schalterstrom.