Control of a DAB-cell of a Modular Vienna Rectifier Operating as Solid State Transformer

Ziel dieser Arbeit ist es, als ersten Schritt zum Aufbau eines mVRs[1], drei Simulationen im Schaltungssimulator VokiDrill[2] durchzuführen und eine DAB für Niederspannung aufzubauen. Die erste Simulation untersucht dabei einen SST, welcher aus einer B6U und sechs DABs besteht. Diese Schaltung wurde verwendet, um den Ausgangsspannungs-, den DAB-Eingangsstrom- und die DAB-Eingangsspannungs-Regler zu entwerfen und konfigurieren. Dabei wurde die Schaltung mit einer Zwischenkreisspannung von 1kV und einer Ausgangsleistung von 1kW simuliert. In der zweiten Simulation wurde die erste Simulation erweitert, um den gesamten mVR zu simulieren, indem der aktive Filter zwischen den Phasen und dem Mittelpunkt eingesetzt wurde. Jede Filterphase bestand dabei aus fünf FBCs. Die Regelalgorithmen für den Filter, sowie die Regler der DABs, wurden auf der Grundlage der Regelalgorithmen, welche in [1] vorgestellt wurden, entworfen. Die dritte Simulation befasste sich im Detail mit einem einzelnen DAB bei Niederspannung, zur Vorbereitung des anschließenden Laboraufbaus und zur Auswahl der Komponenten und Reglereinstellungen. Eine Zwischenkreisspannung von 400V mit einer Ausgangsleistung von 155W wurde als Niederspannungs-Betriebspunkt definiert, basierend auf der Verfügbarkeit der Geräte im Labor. Aus den Erkenntnissen der dritten Simulation wurden mit Altium Designer[3] drei PCBs entworfen. Die DAB-Schaltung wurde in zwei Leistungselektronik-Platinen aufgeteilt, welche die FBs enthalten, und eine Logikplatine, welche die Verteilung der Steuer- und Messsignale zum und vom verwendeten Mikrocontroller übernimmt. Zur Implementierung der Messung, Steuerung und PWM-Signalerzeugung wurde ein Nucleo-144 mit einem STM32-H723ZG-Mikrocontroller verwendet. Mit diesem Aufbau konnte die Funktion des Ausgangsspannungsreglers bis 45V bestätigt werden. Da jedoch während der Tests mehrere Probleme mit den FBs sowie PCB-Designfehler festgestellt wurden, war es nicht möglich, den DAB im Vollbetrieb zu testen. Dennoch wurde die Funktion des Eingangsstromreglers teilweise nachgewiesen. Die PCBs wurden neu entworfen, um die Probleme zu beheben, konnten jedoch aus Zeitgründen nicht getestet werden.