Optimierung des Modulationsindex und Fehlerblockierungsfähigkeit von transformatorlosen modularen Mehrpegel-DC/DC-Wandlern

Hochleistungs-DC/DC-Wandler sind für die Verbindung von HGÜ-Systemen mit unterschiedlichen Spannungsebenen von entscheidender Bedeutung. In diesem Beitrag werden die optimale Auslegung und der optimale Betrieb von transformatorlosen hybriden modularen Mehrpegel-DC/DC-Wandlern (MMDCs) vorgestellt, die sowohl aus Halbbrücken-Submodulen (HBSMs) als auch aus Vollbrücken-Submodulen (FBSMs) bestehen. Da die interne Gleichspannungskomponente und die Wechselspannungskomponente der Zweige frei gewählt werden können, wird für verschiedene Spannungsumwandlungsverhältnisse der optimale Modulationsindex abgeleitet, der die kVA-Leistung der Schaltelemente minimiert. Zudem wird die Übermodulation berücksichtigt, um die Kosten des Wandlers zu minimieren. Aus Gründen der Systemsicherheit und Zuverlässigkeit ist die Gleichstrom-Fehlerblockierungsfähigkeit ein bevorzugtes Merkmal von Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlern für HVDC-Anwendungen. Unter Ausnutzung der Vorteile der hybriden SMs wird auch die Gleichstrom-Fehlerblockierungsfähigkeit hybrider MMDCs untersucht. Die Leistung des hybriden MMDC wird durch Echtzeitsimulationen und einen Teststand im Labormaßstab validiert.