Regelung der Leistungselektronik

Von der Landwirtschaft über die Automobilindustrie, die Luft- und Raumfahrt, das Gesundheitswesen, die Energieerzeugung und -übertragung bis hin zur IT ist die Leistungselektronik eine verborgene Branche, die in allen wichtigen Branchen unserer modernen Gesellschaft präsent ist.

Leistungselektronik ist die Anwendung von Festkörperelektronik zur Steuerung und Umwandlung elektrischer Energie. Um eine stabile Stromversorgung zu erhalten und dennoch eine Vielzahl unterschiedlicher Anforderungen zu erfüllen, ergeben sich viele steuerungsbezogene Herausforderungen. Die Entstehung erneuerbarer Energiequellen und Energiespeichersysteme hat das traditionelle Stromnetz zu einem widerstandsfähigeren, flexibleren und effizienteren Netz verändert. Infolgedessen ist die Entwicklung von Gleichstromnetzen auf der Basis von Leistungselektronik-Wandlern zu einem “heißen” Thema geworden. Die aktuelle und vielversprechende MMC-Topologie (Modular Multilevel Converter) bietet hohe Modularität, Zuverlässigkeit, einfache Wartung und geringe Verluste. Darüber hinaus verfügt diese Topologie über eine einzigartige Energiespeicherfähigkeit, die sehr nützlich ist, um die Quelle von der Last zu entkoppeln.

In einer anderen Perspektive bietet es eine hohe Anzahl von Freiheitsgraden, was zum Entwurf komplexer Steuerungsalgorithmen führt. In konventionellen Topologien wird eine Direkteregelung verwendet, um das dynamische Verhalten des Wandlers zu verbessern. Aufgrund der hohen Anzahl verfügbarer und redundanter Vektoren, die von der MMC-Topologie angeboten werden, kann man verschiedene Vektoren anwenden, um die gleiche beste Ausgangsspannung für eine bestimmte Last zu finden. Diese Flexibilität eröffnet jedoch die Möglichkeit, die interne Energiebilanz der MMC zu steuern, ohne die Lastversorgung zu beeinträchtigen. Die Kombination beider Funktionen ist ein sehr herausforderndes und lohnendes Forschungsthema.