State Space Modelling and Control of the Modular Multilevel Converter

In der vorliegenden Arbeit wird ein neuer Ansatz zur Modellierung von Systemen basierend auf dem Modularen Multilevel Umrichter (MMC) vorgestellt.
Mit Hilfe dieses Ansatzes ist es möglich, neue, effiziente Regelungsalgorithmen für das System zu entwerfen.
In Zukunft wird es für netzeinspeisende Umrichter immer wichtiger, nicht nur stabil, sondern auch netzverträglich operieren zu können.

Ausgehend von analytischen Differentialgleichungen wird ein Zustandsraummodell des MMC abgeleitet und eine Methode zur Entkopplung des Systems abgeleitet.
Mathematische Werkzeuge erlauben eine systematische Analyse der auftretenden Steuer- und Ausgangsgrößen. ... mehr
Eine einfache Matrixdiagonalisierung erlaubt eine allgemeine Transformationsregel für MMC-basierte System zu formulieren.

Daraus resultieren einfache Möglichkeiten, Leistungsterme zu identifizieren, die die Zweigenergien des Systems im erlaubten Betriebsbereich halten können.
Zusätzlich werden Freiheitsgrade der Kreisströme und der Nullspannung formuliert.
Wie für MMC-basierte Topologien erwartet, können sie zur Reduzierung der Energiepulsationen der Zweige eingesetzt werden.
Mit der vorgestellten Modellbeschreibung ist es möglich, neue Optimierungsverfahren unter Einbeziehung aller Freiheitsgrade durchzuführen, die eine Reduzierung der Energiepulsationen ermöglichen.

In this thesis, a new approach to modeling systems based on the Modular Multilevel Converter (MMC) is presented.
Using this approach, it is possible to design new, efficient control algorithms for the system.
In the near future, it inverters feeding into the grid will become increasingly important to be able to operate not only in a stable manner, but also in a manner that is friendly to the electrical grid.

Based on analytical differential equations, a state space model of the MMC is derived and a method for decoupling the system is obtained.
Mathematical tools allow a systematic analysis of the occurring control and output variables. ... mehr
A simple matrix diagonalization enables to formulate a general transformation rule for MMC-based system.

This provides simple ways to identify power terms that can keep the branch energies of the system within the allowed operating range.
In addition, degrees of freedom of the circulating currents and zero-sequence voltage are formulated.
As expected for MMC-based topologies, they can be used to reduce branch energy pulsations.
With the presented model description, it is possible to perform new optimization procedures including all degrees of freedom, which allow a reduction of the energy pulsations.