Vergleich von Hardware-in-the-Loop Modellen eines Vollbrücken-Submoduls für einen Modularen Multilevel-Umrichter mit integrierten Batteriemodulen

  • Motivation

    Bei Modularen Multilevel-Umrichtern (MMCs) und anderen Multilevel-Topologien mit einer großen Anzahl an Submodulen bietet es sich an, neu entwickelte Regelungskonzepte für das Gesamtsystem und die Steuereinheiten der einzelnen Submodule mit Hardware-in-the-Loop-Systemen (HiL-Systemen) zu testen. Dazu ist eine möglichst realitätsnahe Nachbildung der Submodule mit geringer Rechenzeit notwendig. Entsprechende Ansätze werden zum Beispiel in [1] und [2] präsentiert. Diese Ansätze beschränken sich jedoch auf Submodule mit Kondensatoren, weshalb eine Erweiterung für Submodule mit integrierten Batteriemodulen notwendig ist.


    Aufgabenstellung

    Um das bestehende HiL-System zu erweitern, sollen verschiedene Modellierungsvarianten für ein Vollbrücken-Submodul mit integriertem Batteriemodul implementiert und verglichen werden.

    Dazu sind folgende Schritte durchzuführen:

     

    • Erarbeitung & Vergleich bestehender Konzepte zur echtzeitfähigen Implementierung, wie der „Pejovic Methode“ [1] oder der direkten Diskretisierung mit Schaltzuständen [2]
    • Simulativer Vergleich von mindestens zwei ausgewählten Konzepten
    • Echtzeitfähige Implementierung der Konzepte auf einem FPGA und Vergleich der Implementierungen
    • Validierung der Implementierungen anhand von Messdaten eines realen Submoduls

     

    [1] P. Pejovic und D. Maksimovic, „A method for fast time-domain simulation of networks with switches“, IEEE Trans. Power Electron., Bd. 9, Nr. 4, S. 449–456, Juli 1994, doi: 10.1109/63.318904.
    [2] L.-A. Gregoire, H. Fortin-Blanchette, K. Al-Haddad, W. Li, und J. Belanger, „Real-time simulation of modular multilevel converter on FPGA with sub-microsecond time-step“, in IECON 2014 - 40th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, Dallas, TX, USA, Okt. 2014, S. 3797–3802. doi: 10.1109/IECON.2014.7049065.