Beitrag zur modellbasierten prädiktiven Spannungsregelung von Dreipunktwechselrichtern

Der rasante Ausbau Erneuerbarer Energien in der elektrischen Energieversorgung stellt diese vor neue Herausforderungen hinsichtlich der Gewährleistung eines stabilen Netzbetriebs mit ausreichend hoher Spannungsqualität. Spannungseinprägenden Regelungsverfahren für Netzstromrichter wird großes Potential zugesprochen, um zukünftige Stromnetze stabil zu betreiben. Eine direkte Variante der modellbasierten Prädiktivregelung zur Spannungsregelung wird erprobt. Sie nutzt ein hybrides Modell der Regelstrecke, das die Schaltungstopologie explizit berücksichtigt und maximale Stelldynamik erlaubt. Ein Konzept zur effizienten Umsetzung des Reglers auf einem FPGA wird vorgestellt. Die Auswirkungen unterschiedlicher Reglerparameter auf die Systemperformanz (Spannungsqualität und Schaltverhalten) werden in umfangreichen Parameterstudien aufgezeigt und durch Messungen am Versuchsstand validiert. Das Betriebsverhalten spannungseinprägend geregelter Anlagen wird in ausgewählten Szenarien diskutiert.The large-scale integration of renewables in the electrical energy supply poses new challenges regarding a stable grid operation with sufficiently high voltage quality. Voltage-fed control approaches for grid-connected power converters are considered to have great potential to operate future power grids in a stable manner. A direct type of model-based predictive control for voltage regulation is being tested. It uses a hybrid model of the controlled system, that explicitly considers the circuit topology and allows maximum actuation dynamics. A concept for the efficient implementation of the predictive controller on an FPGA is presented. The impacts of different control parameters on the system performance (voltage quality and switching behaviour) are shown in extensive parameter studies and are validated by measurements on the test bench. The operating behaviour of voltage-controlled converter-fed systems in microgrids is discussed for selected scenarios