Forschungsprojekte
Modularer Mehrpunkt-Umrichter (M2C) im Niederspannungsbereich
Die Energiewende hat in Deutschland zur Folge, dass die thermischen Kraftwerke durch regenerative Energieformen ersetzt werden. Für die hierzu erforderlichen neuen Netztopologien hat sich für die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) im hohen Leistungsbereich der modulare Mehrpunkt-Wechselrichter (Abkürzung: MMC oder M2C) etabliert. Dezentrale Photovoltaiksysteme werden direkt an das Niederspannungsnetz angeschlossen. Hier kommen vorwiegend Zweipunktwechselrichter zum Einsatz. Diese erzeugen ein hochfrequentes Spannungspulsmuster, welches durch ein Ausgangsfilter zu einem sinusförmigen Ausgangsstrom geformt werden muss. Dieses Filter besteht aus Kapazitäten und Induktivitäten, die einen Großteil des Volumens und Gewichts der Wechselrichtersysteme ausmachen. In diesem Forschungsprojekt wird der Einsatz des modularen Mehrpunkt-Umrichters zur Einspeisung in das Niederspannungsnetz untersucht. Die Grundschaltung eines einphasigen M2Cs ist in Abbildung 1 (a) dargestellt. Er ist aus einzelnen Submodulen (b) aufgebaut, die eine treppenförmige Ausgangsspannung (c) erzeugen. Gegenstand der Untersuchung ist der Aufbau eines Wechselrichtersystems, welches ohne weitere Filtermaßnahmen die Anforderungen des Niederspannungsnetzes in Bezug auf den Oberwellengehalt des Ausgangsstromes erfüllt. Ein Nachteil dieser Topologie ist die erhöhte Anzahl der benötigten Leistungsschalter, so dass sich das Ziel als „Kupfer und Eisen durch Silizium ersetzen“ bei gleichzeitiger Reduzierung von Volumen und Gewicht formulieren lässt.
Abbildung 1: (a) Grundschaltung eines einphasigen M2C, (b) Aufbau eines Submoduls (hier: Halbbrücke), (c) Prinzipieller Verlauf der Ausgangsspannung (stufenförmig) und der Grundwelle
Das Forschungsprojekt wird in Kooperation mit dem Energieinstitut der Fachhochschule Gelsenkirchen durchgeführt.
Westfälische Hochschule: http://www.w-hs.de
Westfälisches Energieinstitut: http://www.energie.w-hs.de