HYBKomp2
HYBKomp2 - Entwicklung eines netzbildenden Mittelspannungsumrichter
Entwicklung eines hybriden Speichersystems zur gebündelten Bereitstellung von Systemdienstleistungen
Die Anzahl umrichterbasierten Anlagen ist in den letzten Jahren stetig gestiegen. Auf dem Weg zu 100% erneuerbarer Energieerzeugung wird auch weiterhin der Anteil der umrichterbasierten Energieerzeugung im Netz wachsen. Aktueller Stand der Technik zur Anbindung leistungselektronischer Anlagen auf Mittelspannungsebene ist die Verwendung von Niederspannungsumrichtern hinter einem Trafo bei Schaltfrequenzen von wenigen kHz. Daraus resultieren neben dem Bedarf an einem ausreichend leistungsfähigen Transformator ebenfalls ein ausreichend groß dimensionierter Filter zur Glättung der vom Umrichter erzeugten Rechteckspannung.
Ein Aufbau von transformatorlosen Mittelspannungsumrichtern war bisher aufgrund der hohen benötigten Anzahl der in Reihe geschalteten Module zur Erreichung der notwendigen Spannungen nicht wirtschaftlich. Weiterhin konnten aufgrund der signifikanten Schaltverluste der bis dato eingesetzten IGBTs keine hohen Schaltfrequenzen verwendet werden. Die damit notwendige Filterhardware auf Mittelspannungsebene wäre ebenfalls aufwendig und teuer. Neuartige Silizium-Carbid (SiC)-MOSFETs bieten hier verschiedene Vorteile. Zum einen ermöglichen SiC-MOSFETs höhere Modulspannungen, sodass die Anzahl der benötigten Module reduziert werden kann. Weiterhin können mit SiC-MOSFETs deutlich höhere Schaltfrequenzen von einigen 10 kHz erreicht werden. Damit einhergehend reduziert sich der Aufwand für den anschließenden Filter um ein Vielfaches. Daher werden in diesem Vorhaben moderne SiC-MOSFETs für die modulare Multilevel-Umrichterstruktur verwendet.
In diesem Projekt wird eine innovative aktive Gateansteuerung erforscht, die die Überschwinger deutlich reduziert, dabei aber gleichzeitig nur sehr geringe oder keine Überschwinger aufweist. Damit kann die Spannung pro Modul angehoben werden, die Anzahl der nötigen, in Reihe zu schaltenden Modulen fällt damit, die Komplexität und die Kosten des Systems sinken.
Eine verringerte Stufenzahl ist auch aus Gründen der Zuverlässigkeit attraktiv, denn eine reduzierte Anzahl von Komponenten senkt das Ausfallrisiko. Allerdings ist dafür bei SiC-MOSFETs nicht nur die Spannungsgrenze einzuhalten, auch sollte der Stromfluss über die Body-Diode so kurz wie möglich sein, um bipolare Degradation zu vermeiden. Dafür wird eine adaptive Sperrverriegelungs- bzw. Totzeitsteuerung für SiC-MOSFETs erforscht, damit der Strom schnellstmöglich von der Diode wieder auf den Kanal umkommutiert werden kann.
- Entwicklung eines Multilevel Umrichters für 20kV Mittelspannungsnetz
- Adaptive Totzeitregelung
- intelligente Gateansteuerung
Dieses Projekt wird vom BMWK unter der Förderkennung 03EI6110A gefördert.