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

Rebecca Himker

doi:10.5771/9783690302036

Zusammenfassung

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.

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Bibliographische Angaben

Auflage: 1/2026
Copyrightjahr: 2026
ISBN-Print: 978-3-69030-189-3
ISBN-Online: 978-3-69030-203-6
Verlag: TEWISS, Garbsen
Reihe: Berichte aus dem IAL
Band: 02/2026
Sprache: Englisch
Seiten: 211
Produkttyp: Monographie

Inhaltsverzeichnis

KapitelSeiten

1. Danksagung Kein Zugriff
2. Contents Kein Zugriff
3. Abbreviations Kein Zugriff
4. Symbol Conventions Kein Zugriff
5. Nomenclature Kein Zugriff
1 Introduction Kein Zugriff Seiten 1 - 6
1. 2.1 Structure of the Converter Branches and Configuration of the Modules Kein Zugriff
2. 2.2 Control Structure Kein Zugriff
3. 2.3 Modular Multilevel Matrix Converter Kein Zugriff
4. 2.4 DC to Three-Phase AC Modular Multilevel Converter Kein Zugriff
5. 2.5 Balancing of the Module Capacitors and Modulation of the Switching Signals Kein Zugriff
1. 3.1 Dimensioning Indicators of the Modular MultilevelConverters Kein Zugriff
2. 3.2 Semi-Analytical Model of the Special Modes of Operation Kein Zugriff
3. 3.3 Open Research Objectives Kein Zugriff
1. 4.1 Modular Multilevel Matrix Converter Kein Zugriff
2. 4.2 DC to Three-Phase AC Modular Multilevel Converter Kein Zugriff
3. 4.3 Preliminary Conclusion Kein Zugriff
1. 5.1 Simulation Environment Kein Zugriff
2. 5.2 Test Bench Environment Kein Zugriff
3. 5.3 Validation of the Operating-Point-Dependent Control Kein Zugriff
4. 5.4 Preliminary Conclusion Kein Zugriff
1. 6.1 Model of the Offshore and Onshore Grid Kein Zugriff
2. 6.2 Model of the back-to-back Modular Multilevel Converter Kein Zugriff
3. 6.3 Operating-Point-Dependent Control within the Semi-Analytical Model Kein Zugriff
4. 6.4 Simulative Validation of the Operating-Point-DependentControl Kein Zugriff
5. 6.5 Operating-Point-Dependent Control without Star-Point Voltage Components Kein Zugriff
6. 6.6 Preliminary Conclusion Kein Zugriff
7 Conclusion and Outlook Kein Zugriff Seiten 144 - 148
1. A.1 Matrices of the Current Control State-Space Representation Kein Zugriff
2. A.2 Branch Energy Control Matrices of the Modular Multilevel Matrix Converter Kein Zugriff
3. A.3 Using Star-Point Voltage Components as Degrees of Freedom Kein Zugriff
4. A.4 Frequency Components of the M3C Operation Modes Kein Zugriff
5. A.5 Frequency Components of the M2C Operation Modes Kein Zugriff
6. A.6 Superposition of Signal Frequency Components Kein Zugriff
7. A.7 Comparison of Operation Modes with Different Parameter Variations Kein Zugriff
8. A.8 Control Settings for Simulation Model and Experimental Validation Kein Zugriff
9. A.9 Further Results for the Validation of the Control W Kein Zugriff
Bibliography Kein Zugriff Seiten 178 - 188

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

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