Identification and Optimal Use of Degrees of Freedom for the Control of Modular Multilevel Converters

Modulare Multilevel-Umrichter (MMC) sind aufgrund ihrer skalierbaren, modularen Struktur und ihrer geringen harmonischen Verzerrungen besonders für Mittel- und Hochspannungsanwendungen geeignet. Gegenüber klassischen Umrichter-Topologien ermöglichen sie hohe Ausgangsspannungen, die weit über der Sperrspannung von Leistungshalbleitern liegen, und spielen in modernen Hochspannungsgleichstromsystemen eine zentrale Rolle. Eine Herausforderung sind Energieschwankungen in den Modulkondensatoren, die in kritischen Betriebspunkten stark zunehmen. Zwar können Kreisströme diese Schwankungen reduzieren, jedoch erhöhen sie die Verluste. In dieser Arbeit wird daher ein Betriebsmodus entwickelt, der je nach Betriebspunkt optimale Regelfreiheitsgrade vorgibt, um einen Kompromiss zwischen Energieschwankungen und Verlusten zu erreichen. Dieser Ansatz wird für drei MMC-Topologien untersucht und anhand von Simulationen, Messungen und an einem Beispiel zur Anbindung eines Offshore-Windparks validiert.