M.Sc. Tobias Merz

M.Sc. Nikolas Menger

David Kraus

Motivation

Das europäische Verbundnetz (ENTSO-E) ist derzeit fast ausschließlich als 50 Hz-Wechselstromnetz ausgeführt. Transformatoren verbinden die unterschiedlichen Netzebenen miteinander. Durch die Energie- und Verkehrswende nimmt durch den Zubau von Photovoltaik, Windenergie und Elektrofahrzeug-Ladestationen der Anteil an Gleichspannungs-Erzeugern und -Verbrauchern zu. Am ETI wird daher an Umrichtern für zukünftige DC‑Netze und hybride AC/DC‑Netze geforscht. Zur Kopplung unterschiedlicher Netzebenen und Netzarten sind Solid-State-Transformatoren (SST) notwendig, die neben der Wandlung der Spannung auch die galvanische Trennung der Netzebenen realisieren. Diese SSTs können modular aus Dual-Active-Bridge (DAB) Zellen aufgebaut werden.

Aus der Kombination von DABs zu einem SST stehen einige Freiheitsgrade des Systems zur Verfügung um einen effizienten Betrieb des Gesamtsystems zu ermöglichen. Dabei soll der interne, effiziente Betrieb als Nebenbedingung zu dem Hauptziel der Wirkleistungs- und Blindleistungsregelung am DC- respektive am AC‑Netz gesetzt werden.

Im Rahmen dieser Masterarbeit soll dieses Regelverfahren mit mehreren Eingangs- und Ausgangsgrößen (MIMO) unter Nutzung der Freiheitsgrade für einen modularen Solid-State-Transformator zur Kopplung von AC- und DC‑Netz entworfen und simulativ untersucht werden.

Aufgabenstellung

Zunächst erfolgt die Einarbeitung in die Funktionsweise und den Aufbau einer Dual-Active-Bridge (DAB) als Teil eines modularen Solid-State-Transformers. Um die später entworfene Regelung testen zu können, soll ein Simulationsmodell mit den relevanten Komponenten in Matlab/Simulink/Plecs aufgebaut werden. In einer theoretischen Betrachtung des SSTs und seiner Einzelmodule sollen die zur Verfügung stehenden Freiheitsgrade analysiert und auf die Eignung zur optimierten Betriebsführung untersucht werden.
Mithilfe von Matlab und dessen Codegenerierung soll ein Regelverfahren entworfen und auf einem HIL‑System validiert werden.