Wirtschaftlicher Betrieb eines Modularen Multilevel-Umrichters mit integrierten Batteriemodulen für verschiedene Betriebsszenarien

  • Motivation

    In einen Modularen Multilevel Umrichter (MMC) lassen sich Batteriemodule verschiedener Art und Alters integrieren. Um einen wirtschaftlichen und lebensdaueroptimierten Betrieb zu gewährleisten, ist der Einsatz mehrerer kaskadierter Energiemanagement- bzw. Regelungsebenen sinnvoll. In dieser Arbeit soll das überlagerte Energiemanagement des Gesamtsystems entworfen werden. Dieses entscheidet im 15 min-Raster, wann das Gesamtsystem mit wie viel Leistung ge- oder entladen werden soll. Dabei steht die Wirtschaftlichkeit im Vordergrund, es soll aber auch die Effizienz und die Lebensdauer der Batteriemodule berücksichtigt werden. Dadurch wird z.B. langsameres Laden erstrebenswert, auch wenn gerade viel Leistung durch eine Photovoltaikanlage bereitgestellt wird.

    Aufgabenstellung


    Unter der Annahme repräsentativer Erzeugungs- und Lastprofile und Verfügbarkeit einer optimalen Prognose soll die Wirtschaftlichkeit des Systems untersucht werden. Der Begriff der Wirtschaftlichkeit bezieht sich dabei auf die
    Lebensdauer und Effizienz des Systems sowie die dadurch über die Gesamtlebensdauer generierbaren Einnahmen. Dabei stehen folgende Ziele im Vordergrund:

    • Modellbildung für eine performante Berechnung/Simulation des Systems aus Batteriemodulen und Leistungselektronik über lange Zeiträume (Jahre).
    •  Bestimmung der relevanten Einflussgrößen innerhalb eines MMC. Sinnvolle Vereinfachungen der Einflussgrößen und Einbindung in das Modell.
    • Abschätzung der SoH-Entwicklung je nach anteiligen Betriebsarten (Primärregelung, Lastspitzenkappung, …)
    • Auswirkung verschiedener Modulationsarten auf die Wirtschaftlichkeit durch Effizienz gegen Lebensdauer