In der Gruppe Mittelspannungselektronik des Fraunhofer IISB bündeln sich Kompetenzen in den Bereichen Halbleiter, Topologien, Steuerung, thermisches Design und Systementwicklung.
Unsere Forschungsschwerpunkte:
- Inbetriebnahme und Versuche auf dem 200 m² großen Mittelspannungsprüfstand bis 30 kV und 1,6 MW
- Selbstentwickelter und aufgebauter 10 MW Modularer Multilevel-Umrichter mit flexibler Steuerung für spezielle Versuchsaufbauten mit bis zu 20 kV
- Topologieuntersuchungen und Realisierung von 2-Level-, 3-Level- und Multilevel-Umrichtern für erneuerbare Energien, Bahn- und Schiffsanwendungen
- Digtal Twins: Simulation und Verifizierung durch Messungen
- FPGA-Steuerung und SoC-Entwicklung: Auto-Code-Generierung für automatisierte Steuerung
- Thermoelektrische Charakterisierung und Modellierung von Halbleitern: Si, SiC und GaN bis zu 10 kV mit vier selbst entwickelten Doppelpuls-Messplätzen
- Direktkühlung von leistungselektronischen Systemen: Simulation und Messung von neuen mechatronischen Konzepten
Mit dem starken Zuwachs an leistungselektronischen Systemen in Stromnetzanwendungen gewinnen Multi-Level-Topologien an Bedeutung. Mit entsprechenden Umrichtern lassen sich die typischen Schwachstellen von Hochspannungshalbleitern in Bezug auf ihre statischen und dynamischen Eigenschaften überwinden.
Multilevel-Systeme sind daher die Schlüsseltechnologie für effiziente und kostengünstige leistungselektronische Systeme in Hoch- und Mittelspannungsanwendungen.
Multilevel-Systeme bieten auch eine bessere EMV und ermöglichen so die Reduktion der Baugröße und Kosten. Die geringen Netzrückwirkungen dieser Systeme und ein allgemein "netzverträgliches" Verhalten werden mit der vermehrten Einbindung von leistungselektronischen Systemen im elektrischen Energienetz immer wichtiger.
Aufgrund ihrer spezifischen Eigenschaften werden Multilevel-Umrichter in vielen Bereichen der elektrischen Energiekonversion eingesetzt. Der Begriff "Multilevel" umfasst verschiedene Wandlertopologien. Je nach Anwendungsfall stellen unterschiedliche leistungselektronische Topologien die optimale Lösung dar. In den heutigen Stromnetzen haben sich dreistufige NPC-Wechselrichter für Solarwechselrichter kleiner und mittlerer Leistung bewährt. Eine neue Gerätegruppe, die auf dem modularen Multi-Level-Prinzip (MMC/M2C) basiert, hat sich in Hochleistungs- und Hochspannungsübertragungssysteme (HVDC, SVC) verbreitet.