HVDC-NMPC

Nichtlineare Modellprädiktive Regelung von Modular Multilevel Converter-basierten Hochspannungs-Gleichstrom- Übertragungssystemen

Prof. Dr.-Ing. habil. Christoph M. Hackl

Im Zuge des Ausbaus der regenerativen Energiesysteme, ist eine dezentrale Verteilung der Stromkraftwerke unausweichlich. Der Strom kann hierbei nicht immer wie gewünscht in der Nähe von Ballungsgebieten mit erhöhtem Strombedarf erzeugt werden, da die Produktion an äußere Einflüsse gebunden ist. Beispielsweise muss der Strom, welcher in Offshore-Windparks erzeugt wird über weiteStrecken hinweg zu den Verbrauchern transportiert werden.

Für den Stromtransport über große Distanzen, ist die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) von zentraler Bedeutung. Der Energieverlust sinkt im Vergleich zur klassischen Drehstrom Übertragung mit steigender Übertragungsstrecke. Für die Übertragung von Gleichstrom muss der Drehstrom des Netzes gewandelt werden. Dies erfolgt mithilfe von Modularen Multilevel Umrichtern (MMC), die

aufgrund ihrer Modularität und der Vielzahl an Spannungsleveln sehr attraktiv für die Gleichstrom Übertragung sind. Mit MMCs können die Ausgangsspannungen skaliert und ein nahezu sinusförmiger Spannungsverlauf realisiert werden.

Herkömmliche Regelungsverfahren für MMCs sind nur über einen schmalen Betriebsbereich ausgelegt und das Potenzial der Umrichter sinkt erheblich, wenn dieser Bereich verlassen wird. Mit diesem von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Projekt, soll ein neuartiges Regelungsverfahren konzipiert werden, welches auf der nichtlinearen Modellprädiktiven Regelung (MPC) basiert. Damit wird ein optimaler Betrieb des HGÜ-Systems im gesamten Betriebsbereich gewährleistet. Außerdem soll die Reglerbandbreite erhöht werden, um schnell auf Netzstörungen zu reagieren. Mit der MPC-Regelung können zudem die Zellkapazitäten verkleinert und auf Netzfilterverzichtet werden, was in eine Kostenreduktion des Gesamtsystems resultiert.

Zusammenfassend sind die Ziele des Projekts:

  • Erhöhung der Reglerbandbreite und optimale stationäre und transiente Reglerperformanz
  • Reduktion der Investitions- und Produktionskosten
  • Aufbau eines verkleinerten Prototyps des MMC-basierten HGÜ-Systems
  • Echtzeitfähige Implementierung der Regler

Projektmitarbeiter

  • Leonardo Testa

Allgemeine Informationen zum Projekt:

  • Laufzeit: 01.03.2023 – 28.02.2026
  • Zuwendungsgeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Projektpartner:

  • Prof. Dr.-Ing. Petros Karamanakos, Tampere University in Finnland