Hardware„In-the-Loop“-Simulation von MMC-DC/DC-Wandlern für HGÜ-Anwendungen

Hochspannungs-Gleichstromnetze (HVDC) erhöhen die Flexibilität bestehender Wechselstromnetze und bieten eine Lösung für die Integration großflächiger erneuerbarer Energiequellen. Der Aufbau solcher HVDC-Netze erfordert fortschrittliche Technologien. Eine der wichtigsten Technologien sind Hochspannungs-DC-DC-Wandler. Die CIGRE-Arbeitsgruppe WG B4.76 hat die Rolle von DC-DC-Wandlern in HVDC-Netzen analysiert und dabei deren Machbarkeit, Beweggründe und Anwendungsbereiche bewertet. Zwei Wandlertopologien – isolierte und nicht isolierte DC-DC-Wandler – wurden als Referenztopologien identifiziert. Sie basieren auf modularen Mehrpegelwandlern (MMCs). In diesem Beitrag wird die „ Hardware-in-Loop“-Simulation (HIL) dieser Wandler untersucht. Die beiden Topologien werden in der HIL-Simulation unter Verwendung einer Implementierung mit variabler Zeitschrittweite in FPGA und CPU sowohl unter Normal- als auch unter Fehlerbedingungen getestet. Die Topologien werden einschließlich der Dynamik und der Steuersignale für alle Submodule modelliert. Das Modell unterstützt verschiedene Arten von Submodulen innerhalb desselben Ventils und eignet sich für die „ Tests “-Wandlersteuerung sowie für die detaillierte Untersuchung des Wandlerverhaltens. Die Modelle werden in RTLAB entwickelt. Darüber hinaus wird die Leistungsfähigkeit dieser Modelle mithilfe eines Echtzeitsimulators mit einer FPGA-Karte validiert. Die Validierung erfolgt durch einen Vergleich der Ergebnisse mit einem Durchschnittsmodell. Die Ergebnisse zeigen eine gute Genauigkeit der vorgeschlagenen Methode mit einer Zeitschrittweite im Submikrosekundenbereich für die Simulation der Teilmodule. Diese Arbeit bietet Herstellern und Betreibern eine Lösung zum Testen der Steuerung von DC-DC-Wandlern mittels HIL. Die vorgeschlagene Methode lässt sich auch auf andere DC-DC-Topologien auf Basis von MMC-Ventilen anwenden.