Konverterstruktur-basierte Leistungsverluste und statische thermische Modellierung des Press-Pack IGBT Drei-Level ANPC VSC, angewendet auf Multi-MW-Windturbinen

WinduConverter benötigen aufgrund von Platzbeschränkungen im Maschinenhaus eine hohe Leistungsdichte und aufgrund hoher Wartungskosten eine hohe Zuverlässigkeit. Abhängig von der Konverterstruktur bestimmt die thermische Leistung des Konverters die Leistungsdichte und Zuverlässigkeit des Konverters. Um die thermische Leistung des Konverters zu schätzen, werden in dieser Studie die konverterstruktur-basierten Leistungsverluste und thermischen Modelle für den Mittelspannungs-Drei-Level aktiven Mittelpunkt-geclippten Spannungsquellenkonverter (3L-ANPC-VSC) entwickelt, der 4500 V-1800 A Press-Pack isolierte Gate-Bipolar-Transistor-Diodenpaare nutzt und eine 6 MW-Windturbine mit einem Mittelspannungsnetz verbindet. Die Modelle für die Schaltverluste werden unter Verwendung der experimentellen Schaltverlustdaten erstellt, die durch doppelpulsartige Tests an einem vollskalierten 3L-ANPC-VSC-Prototyp gewonnen wurden. Das statische thermische Modell des Konverters wird auf der Grundlage der doppelseitigen, wassergekühlten Press-Pack-Schalter entwickelt. Über eine einphasige Testanordnung mit zwei vollskalierten 3L-ANPC-VSC-Beinen werden die entwickelten Verlust- und thermischen Modelle experimentell validiert. Mit den validierten Modellen wird die thermische Leistung des 3L-ANPC-VSC in Simulationen für eine 6 MW-Windturbinen-Netzschnittstelle demonstriert. Daher haben sich diese in dieser Studie entwickelten und validierten konverterstruktur-basierten Modelle als geeignet für Studien zur Leistungsdichte und Zuverlässigkeit von Konvertern gezeigt, basierend auf der thermischen Leistung des Konverters.