M2PC

Modularen Multilevel (Parallel) Umrichtern

Bei Modularen Multilevel Parallel Umrichtern (M2PC) handelt es sich um eine verallgemeinerte Form eines Modularen Multilevel Umrichters, welcher aus mehreren identischen Drei-Punkt Umrichtern, den sogenannten Submdulen aufgebaut ist. Diese Submodule können zueinander seriell und parallel verschaltet werden, um eine Art diskretisierte Ausgangsspannung zu erzeugen. Durch diese Diskretisierung trägt jedes einzelne Submodul nur einen Bruchteil der externen maximal Spannung jedoch den vollen Systemstrom, womit selbst hohe Spannungen mit Niederspannungsschaltern, wie z.B. MOSFETs, geschalten werden können und keine Hochspannungs-Kondensatoren verwendet werden müssen. Die Option Submodule nicht nur seriell sondern auch parallel zueinander verschalten zu können, erhöht die Anzahl an Freiheitsgraden des Systems, was etwa zu einer vereinfachten Balancierung der Submodulladungszustände eingesetzt werden kann. Zudem erhöht sich die Redundanz des Systems was zusammen mit der geringeren mittleren Strombelastung der Schalter und Submodulspeicherbausteinen zu einer weiteren Verringerung der Ausfallwahrscheinlichkeit des Gesamtsystems führt.

Sowohl die Diskretisierung an sich als auch die im Vergleich zur Ausgangsspannung kleinen zu schaltenden Spannungsstufen verringern den Filteraufwand und die elektromagnetischen Emissionen. Durch den Prinzip bedingten modularen und beinahe beliebig skalierbaren Charakter der M2PC können darauf basierende Systeme in einer Vielzahl von unterschiedlichen Einsatzgebieten und Leistungsklassen eingesetzt werden. Die hohe Flexibilität ermöglicht es uns nicht nur verschiedenste Umrichterstrukturen aufzubauen, sondern auch mit einer einzigen Hardware Konfiguration unterschiedlichste Anwendungsbereiche, nur durch eine Anpassung der Regelsoftware, zu erschließen. M2PC Systeme können prinzipiell jegliches Umrichter System ersetzen. Den größten Vorteil haben sie jedoch in Anwendungsgebieten mit einem hohen Teillastanteil oder mit hohem Phasenversatz zwischen Spannung und Strom, da in beiden Fällen durch die vermehrte Parallelschaltung von Speichereinheiten eine Erhöhung des Wirkungsgrades erzielt werden kann. Ideale Einsatzgebiete sind somit die Elektromobilität bzw. generell jegliche Anwendung mit elektrischen Maschinen.

Abbildung 1 Diskrete Spannungsstufen und phasenversetzter Stromverlauf

Abbildung 2 Digitaler Prototyp eines 50kW M2PC Systems

Abbildung 3 a. Submodultopologie, b. Umrichterarm, c. Umrichtertopologie