M.Sc. Dominik Schulz

M.Sc. Nikolas Menger

Rafael Echtle

Motivation

Das Stromnetz ist derzeit fast ausschließlich als 50Hz-Wechselstromnetz ausgeführt, in dem Transformatoren die unterschiedlichen Netzebenen miteinander verbinden. Durch die Energie- und Verkehrswende nimmt mit dem 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. Eine besondere Herausforderung stellt dabei der stabile Betrieb des DC-Netzes unter Normalbedingungen sowie im Fehlerfall dar. Es muss sichergestellt sein, dass die Interaktion der einzelnen Umrichter zu keinem Zeitpunkt zu einem instabilen Netzzustand führt.

Im Rahmen dieser Masterarbeit soll das Systemverhalten unterschiedlicher DC-DC sowie AC-DC-Wandler im Frequenzbereich charakterisiert werden, um anschließend mittels geeigneter Stabilitätskriterien die Netzstabilität bewerten zu können.

Aufgabenstellung

Zunächst erfolgt die Einarbeitung in die Modellierung von leistungselektronischen Systemen zur Analyse mittels linearer Regelungstechnik. Außerdem erfolgt eine Recherche zu gängigen Verfahren zur Stabilitätsanalyse von elektrischen Netzen, insbesondere zu eigenwert- und impedanzbasierten Ansätzen.

Anschließend sollen unterschiedliche, im DC-Netz vorkommende DC/DC- sowie AC/DC-Wandler modelliert werden.

Die Modellierung umfasst dabei den Hardwareteil sowie die Regelung des Wandlers und soll eine Abschätzung der Auswirkung von unterschiedlicher Systemparametern ermöglichen. Mittels hardwarenaher Simulationen soll die Modellierung ergänzt und validiert werden. Zusätzlich kann die Validierung des Verfahrens mittels Messungen an realer Hardware erfolgen.

Auf Basis der Modelle der einzelnen Teilnehmer erfolgt die Stabilitätsbetrachtung eines leistungselektronischen DC-Netzes, angelehnt an die Netzstruktur einer geplanten DC-Ladeinfrastruktur.