HVDC-MMC_mit_MPC - Ein neues Verfahren für die Reduktion der Verlustleistung von MMC-Höchstspannungs-Umrichtern mittels MPC
Zeitraum
2020-07-01 – 2024-09-30
Bewilligte Summe
356.822,00 EUR
Ausführende Stelle
Förderkennzeichen
03EI6028
Leistungsplansystematik
Netze [EB1820]
Verbundvorhaben
Zuwendungsgeber
Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK.IIB5)
Projektträger
Forschungszentrum Jülich GmbH (PT-J.ESI6)
Förderprogramm
Energie
Ziel des Projektes ist die Entwicklung einer echtzeitfähigen modellprädiktiven Regelung (MPC) für einen modularen Höchstspannungsumrichter (HVDC-MMC). Ziel ist die Reduktion der Verlustleistung gegenüber bisherigen Regelungen. Bisherige MPC für MMC ermitteln für jeden Zeitschritt, welche Module ein- und ausgeschaltet werden. Aufgrund der sehr großen Zahl an Kombinationsmöglichkeiten konnte dies aber meist nur mit einem Prädiktionshorizont von einem einzigen Zeitschritt erfolgen, womit der Vorteil einer MPC, nämlich eine Prädiktion über einen längeren Zeitraum und entsprechende Optimierung, verschwindet. In unserem Ansatz beträgt der Prädiktionshorizont eine volle Periode. In der ersten Stufe der Regelung wird mittels MPC der optimale Verlauf der Spannung in allen 6 Zweigen über eine gesamte Periode berechnet. Da der Umrichter auf dieser Ebene als lineares System mit wenigen Zustandsgrößen dargestellt werden kann, entstehen keine Rechenzeitprobleme. Der Spannungsverlauf für jeden Zweig bildet dann für die zweite Stufe der Regelung den Sollwert. Hier wird nun nicht – wie bisher - für jeden Abtastschritt ermittelt, welche Module geschaltet werden sollen, sondern über die ganze Periode die optimalen Ein- und Ausschaltzeitpunkte für jedes einzelne Modul berechnet. Dadurch wird aus dem diskreten Problem ein niedriger dimensionales, kontinuierliches Problem, welches numerisch einfacher lösbar ist, so dass eine Echtzeit-MPC mit einem Prädiktionshorizont von einer Periode möglich ist. Durch den langen Prädiktionshorizont können die Nulldurchgänge des Stroms berücksichtigt werden, um durch das Schalten bei niedrigen Strömen die Verlustleistung beim Schalten zu minimieren. Auch kann der zulässige Bereich für die Kondensatorspannungen vergrößert werden, was die Anzahl der Schaltvorgänge reduziert. Das Verfahren soll entwickelt und an einem großen Laborumrichter getestet werden.