Multidirektionale Energieflusssteuerung eines modularen Multilevel-Umrichters mit integrierten Batteriespeichern in elektrischen Netzen

Im Zuge der Verbesserung der Einbindung der Erzeugung elektrischer Energie aus regenerativen Energiequellen wird Batteriespeichern eine zunehmende Bedeutung beigemessen. Stromrichter stellen dabei das Bindeglied zwischen Batteriespeicher und elektrischem Netz dar. Modulare Multilevel-Umrichter sind eine Klasse selbstgeführter Stromrichter, welche gegenwärtig vor allem in der Hochspannungsgleichstromübertragung eingesetzt werden. In der vorliegenden Arbeit erfolgt eine Integration von Batteriespeichern in die Module eines Modularen Multilevel-Umrichters in Doppelstern-Konfiguration. Hierdurch können die Vorteile modular aufgebauter mehrstufiger Umrichter genutzt und die Beschränkungen gegenwärtig eingesetzter Topologien für die Netzeinbindung von Batteriespeichern überwunden werden. Voraussetzung für eine derartige Integration ist eine hochdynamische Regelung zur Steuerung der Energieflüsse zwischen elektrischem Drehstromnetz, DC-System und den einzelnen Batteriespeichern. Hierzu werden Entwürfe von klassischen parameteroptimale Reglern mit Entwürfen von modernen strukturoptimalen Reglern verglichen. Auf Grundlage einer Modellierung der energetischen Zusammenhänge des Umrichters samt Batteriespeichern erfolgt eine Identifikation von Freiheitsgraden zur Steuerung der Energieflüsse. Abschließend wird eine Verifikation der entworfenen Regler sowie der identifizierten Möglichkeiten zur Energieflusssteuerung anhand eines Versuchsaufbaus im Labor durchgeführt. Dabei werden verschiedene Zustände des elektrischen Netzes sowie unterschiedliche Anordnungen der Batteriespeicher untersucht.