In diesem Beitrag werden verschiedene Ansätze zur Untersuchung der Wechselwirkung durch Oberschwingungen, Zwischenharmonische, Superharmonische und Lichtflimmern zwischen Photovoltaik (PV)-Wechselrichtern und LED-Lampen in Niederspannungsanlagen diskutiert. Einzelne netzgekoppelte Stromerzeuger und elektronische Lasten, wie z. B. LED-Leuchten, lassen sich leicht hinsichtlich der Oberschwingungen in einem bestimmten Frequenzbereich charakterisieren. Dieses Thema ist relativ gut verstanden, und es gibt bereits spezifische Standards für die Messung und Begrenzung von Emissionen, um eine geringe Wahrscheinlichkeit von Störungen zu gewährleisten. Im Falle, dass Quelle und Last miteinander verbunden sind, zeigen sie ein Verhalten, das weitere Untersuchungen und ein besseres Verständnis erfordert. Diese Arbeit stellt eine Diskussion dar, die als Leitfaden für zukünftige Arbeiten zur Analyse von Verlusten und anderen Auswirkungen der Störungen in Bezug auf diese spezifische Last- und Quelleninteraktion dient. Dabei werden spezifisach berücksichtigt: Nichtlinearität von LED-Lasten und PV-Umrichtern, die bei der Steuerung verwendeten Technologien und Methoden sowie die durch Last- und Stromerzeugungsschwankungen verursachten Änderungen im Leistungsfluss. Index Begriffe – Elektrische Energiesysteme, Netzqualität, Oberschwingungen, Superharmonische, Solarstrom.

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Von PQTBlog

Veröffentlicht von:

• Tatiano Busatto, Fahim Abid, Anders Larsson and Math H. J. Bollen, Electric Power Engineering, Luleå University of Technology, Skellefteå 931 87, Sweden, @mail: tatiano.busatto@ltu.se
• Gaurav Singh, Department of Electrical and Computer Engineering, Clemson University, Clemson, South Carolina 29634, USA, @mail: gauravs@clemson.edu

Conference Paper: 16-19 Oct. 2016, Belo Horizonte, Brazil.

Published in 2016 17th International Conference on Harmonics and Quality of Power (ICHQP)

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Einleitung

Mit der ständigen Entwicklung, der Einbeziehung neuer Energiequellen und immer komplexer werdenden Verbrauchsgeräten, ist ein umfassenderes Verständnis der Wechselwirkung zwischen diesen Elementen und dem elektrischen System erforderlich. In diesem Zusammenhang wird zunehmend der Einsatz von dezentralen Energie wpml_commentresources, die typischerweise leistungselektronische Schnittstellen nutzen, als Ergänzung und Alternative zur Energieversorgung durch die großen und konventionellen Energieerzeugungsanlagen erforscht. Darüber hinaus sind dem technologischen Trend folgend elektronische Lasten mit anderen Eigenschaften im Vergleich zu konventionellen Lasten Teile der Systeme, die enorme Gewinne bringen. Vor allem bei der Effizienz, aber auch bei der Netzqualität. Gleichzeitig können sie aber auch neue Bedenken hinsichtlich der Netzqualität aufwerfen.

Selbst wenn man die pessimistischsten Prognosen für die nahe Zukunft berücksichtigt, wird die massive Präsenz von photovoltaischer Mikroerzeugung in Niederspannungsanlagen eine begrüßenswerte Realität sein. Zusammen mit der energetischen Mikrogeneration werden LED-Leuchten immer mehr Einzug weltweit halten. Sowohl PV-Wechselrichter als auch LED-Leuchten verwenden hochfrequente Schalttechniken, um Strom aus verschiedenen Stufen (z. B. DC zu AC oder AC zu DC) umzuwandeln. Der Grund dafür ist die Reduzierung von Gewicht und Größe der Geräte sowie die Erhöhung der Steuerungsmöglichkeiten. Das Ergebnis sind effizientere und kostengünstigere Geräte im Vergleich zu herkömmlichen Stromumwandlungstechniken.

Derzeit verwenden sowohl Stromrichter als auch elektronische Lasten Topologien und Steuerungstechniken mit einem gewissen Grad an Ähnlichkeit. Außerdem weisen standardisierte Bauelemente, die in der Endstufenumsetzung verwendet werden, wie SCR, BJT, TRIACS, MOSFETS und IGBTS, ein gewisses Maß an nichtlinearer Charakteristik auf. Wenn diese Geräte mit aktiven Schaltverfahren (z. B. PWM) verbunden sind, kann es zu hohen Oberschwingungspegeln kommen.

Abgesehen von diesen beiden Störquellen, werden in der gleichen Niederspannungsinstallation oft auch Kommunikationssignale weitergeleitet. Das Vorhandensein dieser Signale führt zusätzliche Frequenzkomponenten ein, wodurch die Analyse aller Einflüsse noch komplexer wird. Es ist z. B. bekannt, dass bei Geräten, die Power Line Communication (PLC) verwenden und an eine “saubere” Versorgung angeschlossen sind, die Ströme im Frequenzbereich 9 – 95 kHz hauptsächlich zwischen benachbarten Geräten fließen und nicht zwischen den Geräten und dem Netz [1]. Dabei sind die Quellen dieser Emission und die Ausbreitung der Emission bei verschiedenen Leistungspegeln und Frequenzen derzeit Gegenstand weiterer Untersuchungen.

Dieser Zusammenhang verdeutlicht den Bedarf an eingehenden Studien über die Interaktion zwischen Stromquellen, Lasten und Kommunikationssystemen. Diese Teile sollten einzeln untersucht werden, um ihre Emissionen zu charakterisieren. Gefolgt von weiteren Untersuchungen, bei denen verschiedene Geräte zusammen angeordnet werden, um die Wechselwirkungen zu untersuchen.

Diese Arbeit befasst sich mit den Fragen der Netzqualität, die spezifisch für Niederspannungsinstallationen mit LED-Leuchten und PV-Konvertern sind. In diesem Zusammenhang werden die Auswirkungen von Lichtflimmern, Oberschwingungen, Zwischenharmonischen und Oberschwingungen in Niederspannungsanlagen bei Vorhandensein solcher Geräte behandelt. Eine kurze Beschreibung dieser Netzqualitätsprobleme wird in Abschnitt II erteilt. Einige dieser Themen sind ein relativ neuer Studientrend. Einige Hinweise für die zukünftige Forschung wurden bereits begonnen, wie in [2] und [3] dargestellt wird. Diese Art von Forschung bringt große Herausforderungen mit sich. Vor allem weil es notwendig ist, die Interaktion zwischen Geräten mit nichtlinearem Verhalten, geringer Vorhersagbarkeit und oft mit wetterabhängigen Schwankungen zu untersuchen. Dieser Beitrag gibt einen Überblick über den Stand der Technik und die erforderliche Richtung zukünftiger Forschung für drei Aspekte der Wechselwirkung zwischen PV-Wechselrichtern und LED-Leuchten: die Emission von PV-Wechselrichtern und LED-Leuchten (Abschnitt III); die Anfälligkeit von PV-Wechselrichtern und LED-Leuchten gegenüber Spannungsstörungen (Abschnitt IV); und die Ausbreitung dieser Störungen zwischen den verschiedenen Geräten (Abschnitt V). Am Ende werden Schlussfolgerungen präsentiert.

Probleme mit der Netzqualität

Aktuellen Studien [4], [5], [6] zufolge kann der Einsatz von PV-Wechselrichtern und LED-Leuchten die Effizienz des Stromsystems beeinträchtigen und darüber hinaus zu einer Verringerung der Effizienz und Lebensdauer der Endverbrauchergeräte führen. Es gibt immer noch einen Mangel an Verständnis bezüglich der Interaktion zwischen diesen Geräten. Unter Berücksichtigung dieses Szenarios, sind auf der Grundlage von Expertenmeinungen in [2] zunächst die folgenden Fragen der Netzqualität zu

analysieren:

1) Oberschwingungen und Zwischenharmonische (Freq. unter 2 kHz);

2) Supraharmonische (Freq. zwischen 2 und 150 kHz);

3) Lichtflimmern (Flicker)

Der erste Punkt, obwohl seit Jahrzehnten daran geforscht und entwickelt wird, verdient immer noch Aufmerksamkeit. Vor allem jedoch wegen der weit verbreiteten Verwendung von geregelten Stromversorgungen, die hochfrequente Schaltgeräte verwenden. Solche Geräte haben die Möglichkeit, die Oberwellenemission zu begrenzen, aber sie können das Problem auch verkomplizieren und zu einer Emission bei Frequenzen führen, die bisher eher emissionsfrei waren. Moderne Stromversorgungen verwenden fast ausschließlich Techniken, bei denen der vom Netzteil entnommene Strom nicht sinusförmig ist [7]. Da LED-Leuchten verschiedene Arten von Netzteilen enthalten, sollte dieses Thema im weiteren Sinne untersucht werden.

Das zweite Thema bezieht sich auf eine der jüngsten Sorgen um die Netzqualität. Die Supraharmonik wurde zu einem wichtigen Thema für Forscher. Einige relevante Arbeiten und Studien wurden bereits durchgeführt. Nach Lundmark [8] ist der Hauptgrund für die Zunahme dieser Besorgnis die Verbreitung von Umrichtern mit aktiver Schaltung, was zu einem Anstieg der Emissionspegel im Frequenzbereich 2 bis 150 kHz führt. Ein interessanter Punkt ist, dass es einen Zusammenhang zwischen Oberschwingungen und Supraharmonischen gibt. Auch wenn dieser Zusammenhang hauptsächlich nicht technischer Natur ist. Ein Beispiel, das dies verdeutlichen kann, ist die Tatsache, dass die IEC 61000-3-2 Grenzwerte für die Oberwellenemission für Leuchten mit mehr als 25 W festlegt. Die am häufigsten verwendete Technik zur Lösung dieses Problems ist die Verwendung einer aktiven Leistungsfaktorkorrektur, die das Problem der Oberwellenemission bei den niedrigeren Frequenzen löst, jedoch mehr Emission im höheren Frequenzbereich erzeugt. Das Ergebnis der Normung ist also eine Verschiebung der Emission aus dem harmonischen Bereich in den supraharmonischen Bereich.

Das Vorhandensein von hohen Pegeln an Oberschwingungen, Zwischenharmonischen und Superharmonischen im Netz hat deshalb eine Reihe von Konsequenzen. Oberschwingungsbedingte Spannungsverzerrungen an den Klemmen von Geräten (wie LED-Leuchten und PV-Wechselrichtern) können eine Reihe von nachteiligen Folgen haben:

• eine Verringerung der Leistung oder eine Erhöhung der Verluste;
• eine Verkürzung der Lebensdauer, oft durch die Bildung von Hot Spots;
• Beeinträchtigung der Leistung des Geräts, z. B. wenn die Steuerung durch das Auftreten von mehreren Nulldurchgängen gestört wird.

Oberschwingungsströme können nachteilige Auswirkungen auf Serienkomponenten im Netz, wie z. B. Transformatoren, haben. Es sollte auch erwähnt werden, dass die Spannungs- und Stromverzerrungswerte in den meisten öffentlichen Netzen sehr gut unter Kontrolle sind, wenn es um Oberschwingungen niedriger Ordnung geht. Störungen für Oberschwingungen sind daher sehr selten. Vielmehr geht es den Netzbetreibern darum, die Oberschwingungsspannungen innerhalb der regulatorischen oder internen Grenzen zu halten und bei dem Kunden die Oberschwingungsströme innerhalb der Grenzen zu halten.

Für Zwischen- und Oberwellen gibt es keine gesetzlichen Grenzwerte und fast keine anwendbaren Grenzwerte in Normen, so dass die Diskussion immer noch sehr stark auf die tatsächlichen und erwarteten Auswirkungen auf die Geräte ausgerichtet ist.

Der letzte der drei zuvor genannten Punkte bezieht sich auf das Flimmern bei LED-Beleuchtung. Bei Glühlampen ist das Lichtflimmern auf schnelle Schwankungen der Effektivspannung zurückzuführen (Flicker). Bei Leuchtstofflampen können auch Zwischenharmonische im Bereich der dreifachen Oberschwingung zu Lichtflimmern führen. Bei LED-Leuchten wird das Thema Lichtflimmern noch komplizierter. Gemäss [9] zeigt die LED-Beleuchtung manchmal ein Flackern bei Frequenzen, die biologische Reaktionen auf den Menschen hervorrufen können.Y Verschiedene Arten von Wellenformverzerrungen im harmonischen und suprahamonischen Bereich können bei LED-Leuchten Flimmern verursachen. Es hängt vom Design der Schaltung ab, wo der Oberwellengehalt dieses Flackerns von unmerklich bis stark störend für einen beobachtenden Menschen variieren kann. Im nächsten Abschnitt beginnen wir mit der Diskussion über die Emission dieser Netzqualitäts-Störungen.

Emission

Um die Diskussion zu diesem Thema zu beginnen, stellen wir die folgende Frage: Wie wirkt sich die Leistungselektronik in den PV-Wechselrichtern und LED-Leuchten auf die Oberschwingungen, Zwischenharmonischen und Superharmonischen im Strom aus?

Ähnlich wie bei der Arbeit von Larsson et al. in [10] zu Leuchtstofflampen besteht ein Vorschlag zur Lösung dieses Problems darin, zunächst die Emission zu messen und zu quantifizieren, die LED-Leuchten und PV-Wechselrichter an den Geräteklemmen einzeln einbringen.

In früheren Arbeiten, [11] und [12], wurde die Emission sowohl von Leuchten als auch von Wechselrichtern dargestellt. Die große Anzahl verschiedener Typen auf dem Markt, macht einen systematischen Messansatz erforderlich, der eine große Anzahl von Typen umfasst.

Es ist eine Sammlung verschiedener LED-Leuchten und PV-Inverter zu bewerten, die ein breites Spektrum an Technologien abdeckt. Die Ergebnisse der Messungen sollten sowohl im Zeit- als auch im Frequenzbereich dargestellt und analysiert werden, um ein umfassendes Verständnis der Größenordnungen und Frequenzen zu erhalten. Parallel dazu ist es notwendig, den Aufbau der Topologie zu untersuchen und die aus den Einzelmessungen ermittelten Frequenzen mit den technologischen Unterschieden zwischen den Geräten in Beziehung zu setzen. This includes the evaluation of Active Power Factor Correction (APFC) features, switching stages, rectifier diodes, bulk capacitors, and EMC filter present in some kinds of equipment. Es ist wichtig darauf hinzuweisen, dass angesichts der großen Vielfalt an Leuchten und Wechselrichtern auf dem Markt einige Stufen manchmal minimiert oder sogar von einigen Herstellern ignoriert werden. Dies ist z. B. bei EMI-Filtern in LED-Leuchten der Fall, die bei einigen Leuchten nicht mit [11] ausgestattet sind. Außerdem muss der Einfluss der Quellenimpedanz bewertet werden, da Geräte, die die EMV-Normen einhalten, immer noch hohe Emissionen aufweisen können, wenn die Impedanz von der für die Konformitätsprüfung verwendeten Referenzimpedanz abweicht. Bezüglich der Wechselrichter wurden bereits einige Arbeiten durchgeführt. Als Beispiel kann die Arbeit von Wang et al. in [13] angeführt werden, in der festgestellt wird, dass die Oberwellenemission von PV-Wechselrichtern von deren Betriebsbedingungen abhängt. Wenn die Ausgangsleistung reduziert wird, werden mehr Oberwellen erzeugt. Bei einer Reduzierung der reduzierten Leistung von 1’515W auf 116W, stieg der Klirrfaktor der Spannung von 3,65% auf 18,13%. Wenn dieser in Ampere (statt als Prozentsatz des Grundstroms) ausgedrückt wird, sinkt der Oberwellengehalt von 461 mA auf 175 mA (unter der Annahme eines 120-V-Systems und einphasigen Anschlusses).

In gleicher Weise wird in [12] die Oberwellenemission für mehrere Wechselrichter mit unterschiedlicher Nennleistung (von 1kVA bis 100kVA) untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass bei den Oberschwingungen niedriger Ordnung die 5. und ⁷. Oberschwingung sowohl im Strom als auch in der Spannung überwiegen. Alle Umrichter haben eine signifikante Emission bei ihren Schaltfrequenzen. In dieser Studie wurden die folgenden Schaltfrequenzen beobachtet: 3 kHz für große Wechselrichter (100 kVA) und 10 kHz, 16 kHz und 25 kHz bei den kleinen Wechselrichtern (1 kVA bis 10 kVA). In [14] wird der Einfluss der Ausgangsstromhöhe auf die Einspeisestromverzerrung von einphasigen PV-Anlagen analysiert. Durch die Modellierung von proportionalen (PR), repetitiven (RC) und multiresonanten Reglern (MRC) und deren Aggregation zeigen die Autoren, wie die Regelung die Oberwellenemission beeinflussen kann. Durch die Kombination einiger dieser Methoden kann der Umrichter die Oberschwingungen wirksam unterdrücken, auch bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen. Betrachten wir nun den Einfluss von Superharmonischen, so sehen wir in [12] ein Beispiel für auffällige Emission im Bereich zwischen 40 kHz und 80 kHz, verursacht durch ein schmalbandiges Powerline-Kommunikationssystem (PLC). Außerdem wurden bei LTU Studien zum Verständnis der Ausbreitung von Superharmonischen in einem lokalen Niederspannungsnetz durchgeführt. Die Spektren der Messungen, am Anschlusspunkt für eine 56W LED-Straßenlaterne, wurden in zwei verschiedenen Umgebungen durchgeführt. Aus den Ergebnissen geht hervor, dass die Emission stark ortsabhängig ist, wie in Abb. gezeigt wird. 1.

Hinsichtlich der Auswirkungen von LED-Leuchten können wir hingegen als Beispiel die Arbeit von Rönnberg et al. in [15], bei dem die Leuchten (hauptsächlich Glühlampen) in einem Wohngebiet durch LED-Lampen ersetzt wurden und die Oberwellenemission der gesamten Installation vor und nach dem Austausch bewertet wurde. Die Messungen ergaben eindeutig, dass es durch den Austausch der Leuchten zu keiner signifikanten Änderung des Emissionsniveaus für die Gesamtanlage kam. Die Emission durch das Vorhandensein von APFC in LED-Leuchten ist ein wichtiger zu bewertender Punkt. Durch die IEC 61000-3-2 werden Leuchten hinsichtlich der Oberwellenemission reguliert, und in der Regel werden Leuchten mit mehr als 25 W mit APFC ausgestattet, um die Emissionsanforderungen zu erfüllen. Erste Experimente haben gezeigt, dass die APFC die Oberschwingungen sehr gut minimieren kann, gleichzeitig aber auch Verzerrungen im supraharmonischen Bereich erzeugen kann. Fig. 2 zeigt ein Beispiel der Spannungs- und Stromkurve von zwei LED-Leuchten mit und ohne APFC, die im LTU-Labor analysiert wurden.

Die obere Wellenform wurde von einer 63W-LED-Leuchte (industrieller Einsatz) erhalten. Der Strom ist ziemlich sinusförmig, abgesehen von einigen kleinen Abweichungen um den Nulldurchgang und kleinen Verzerrungen bei der positiven und negativen Spitze des Stroms. Diese Verzerrung besteht aus den Resten der Schaltung im APFC und tritt im supraharmonischen Bereich auf. Die untere Kurvenform ergibt sich für eine 7W-LED-Leuchte ohne APFC, bei der die Stromkurvenform im unteren Frequenzbereich verzerrt ist. Fig. 3 zeigen die Frequenzspektren für beide Leuchten.

Die gemessene gesamte harmonische Stromverzerrung (ITHD) für die 63W-LED-Leuchte betrug 10 % bei einer VTHD von 1,98 % und der Verschiebungsleistungsfaktor (DPF) betrug 0,985. Die gemessene ITHD für die 7W-Leuchte betrug 78 % und der DFP von 0,858. Um die Oberschwingungen und Zwischenharmonischen zu bewerten, ist es notwendig, Simulationsmodelle zu entwickeln und Labormessungen durchzuführen. In Bezug auf die Superharmonischen sollte die Wechselwirkung zwischen den Geräten berücksichtigt werden, um die Auswirkungen möglicher Resonanzen zu überprüfen, insbesondere wenn diese zu hohen Spannungsverzerrungswerten führen können.

Anfälligkeit

In diesem Zusammenhang stellen wir die Frage: Wie wirken sich Oberschwingungen, Zwischenharmonische und Superharmonische in der Klemmenspannung auf die Leistungselektronik in PV-Wechselrichtern und LED-Leuchten sowie auf die Lichtintensität von LED-Leuchten aus?

In diesem Zusammenhang wurden bereits wichtige Forschungsinitiativen ergriffen, die sich hauptsächlich auf LED-Leuchten beziehen. Die Studien sind darauf ausgerichtet, die Auswirkungen von Phänomenen wie Spannungsverzerrung auf LED-Leuchten und andere Beleuchtungsgeräte zu verstehen. Die Auswirkung von Superharmonischen (2 bis 150 kHz) und Oberschwingungen (0 bis 2 kHz) sowie die Auswirkung von Blindleistungskompensationsschaltungen wurde untersucht und Schlussfolgerungen daraus gezogen.[10] Ein Beispiel dafür, wie sich die Oberwellen auf die Beleuchtungsstärke auswirken, wurde an einer 3W-LED-Leuchte im Niederspannungslabor der Technischen Universität Luleå analysiert. Um die Empfindlichkeit zu überprüfen, wurde die Beleuchtungsstärke mit und ohne hochfrequente Verzerrung verglichen, die der normalen Spannungswellenform hinzugefügt wurde. Fig. 4 zeigen das Ergebnis des Experiments bei normaler Leuchte (z. B. ohne hinzugefügte hochfrequente Verzerrung).

Die hochfrequenten Verzerrungen, die in einer kommerziellen Einrichtung aufgezeichnet und dann der Kurvenform der Spannungsversorgung überlagert wurden, enthielten Frequenzkomponenten, die in der Mitte des Frequenzbereichs von 2 – 150kHz lagen. Das Ergebnis des Experiments für den Fall mit hinzugefügten hochfrequenten Verzerrungen ist in Abb. dargestellt. 5.

Die Ergebnisse zeigen die Auswirkungen von hochfrequenten Verzerrungen auf LED-Leuchten. Die Beleuchtungsstärke stieg unter dem Testsignal mit hochfrequenter Verzerrung an. Dieses Verhalten ist jedoch nicht konsistent. Einige Leuchten zeigen eine Abnahme der Beleuchtungsstärke. Dieser Unterschied im Verhalten ist auf die Unterschiede im elektrischen Aufbau der Leuchte zurückzuführen. Bezüglich der PV-Wechselrichter sollten ähnliche Versuche durchgeführt werden. Es ist notwendig zu wissen, wie stark Oberschwingungen und Supraharmonische die Lebensdauer und den Wirkungsgradverlust dieser Geräte beeinflussen. Die Auswirkungen unterschiedlicher Frequenzen auf die Leistung und die Lebensdauer von Geräten wurden für PV-Wechselrichter noch nie gut untersucht. Ein guter Ausgangspunkt für eine solche Untersuchung ist die Erforschung der folgenden Forschungsthemen:

• den Einfluss der leitungsgebundenen Emissionen für verschiedene Frequenzbereiche auf den Wirkungsgrad der Endstufe, insbesondere auf die häufig verwendeten Komponenten wie IGBTs, Transformatoren, Dioden und Kondensatoren;
• die Auswirkung von Frequenzen, die von der SPS stammen, auf den Wirkungsgrad und die Bewertung von möglichen Störungen des Gerätebetriebs;
• Bewertung des zulässigen Grenzwerts für leitungsgebundene und gestrahlte Emissionen, bevor das Gerät durch eine Störung beeinträchtigt wird, sei es in seiner Effizienz, durch den Verlust von Leben oder durch eine mögliche Fehlfunktion.

Zur Bearbeitung dieses Forschungsthemas sollte der Einsatz von Simulationssoftware und Laboreinrichtungen, die mit verschiedenen PV-Wechselrichtern und LED-Leuchten ausgestattet sind, in Betracht gezogen werden. Das Hauptziel ist zu erforschen, wie die Geräte durch die Emissionen beeinflusst werden. Darüber hinaus ist es notwendig, Geräte und Komponenten zum Aufbau von Leistungsschaltstufen zur Verfügung zu haben, um bestimmte Teile der oben skizzierten Themen zu untersuchen.

Ausbreitung

Zu diesem Thema lautet die Frage: Wie breiten sich Oberschwingungen, Zwischenharmonische und Superharmonische von einem Gerät zu einem anderen Gerät in derselben Niederspannungsinstallation aus?

Dieses Thema umfasst statistische Fragen, die von der Tageszeit, dem Standort und den Details der anderen in den Einrichtungen vorhandenen Geräte abhängen. Dies alles einzubeziehen ist eine große Herausforderung. Zunächst ist es notwendig, sich mit den Auswirkungen der Spannungsverzerrung auf die Emission von Oberschwingungen und Zwischenharmonischen zu befassen und zu verstehen, wie sie sich in der Niederspannungsinstallation ausbreiten. Eine große Anzahl von Korrelationen muss durchgeführt werden, um Wechselwirkungen zu erkennen, vor allem um Kombinationen zu identifizieren, die hohe Verzerrungswerte in Verbindung mit Emissionen erzeugen. Experimentelle Ergebnisse in [16] zeigten, dass der Oberwelleneinfluss stark von der Art und dem Mix der Wechselrichter und den Bedingungen, unter denen sie betrieben werden, abhängig ist. Außerdem zeigten die Ergebnisse, dass das Mischen verschiedener Wechselrichtertypen den kombinierten Klirrfaktor der Gesamtanlage leicht reduzieren kann.

Bezüglich der Supraharmonischen, nach Hankaniemi et al. [17] ihr Fluss findet hauptsächlich zwischen einzelnen Geräten statt und nicht ins Netz. Dies wurde später durch mehrere andere Studien bestätigt und erklärt. In mehreren Studien wurde auch gezeigt, dass die einzelnen an das Netz angeschlossenen Geräte einen großen Einfluss auf die Supraharmonische Emission haben.

Eine Möglichkeit, die Ausbreitung von Oberwellen einzudämmen, ist die Verbesserung des Designs von Niederspannungsanlagen. Dazu gehört die Bewertung der Rolle von Verteilertransformatoren bei der Ausbreitung dieser Art von Frequenzen und die Topologie der Erdungsebene. Ein Vorschlag ist, dieses Forschungsthema mit Forschungselementen aus der Arbeit von Lundmark in [8] zu beginnen. Untersuchungen des Differentialmodenstroms können weiter ausgewertet werden, um zu verstehen, wie die Konfiguration von Niederspannungsanlagen die Ausbreitung von Superharmonischen abschwächen kann. Auch die Bewertung des Einsatzes der SPS ist ein wichtiger Punkt, der untersucht werden sollte. Unter Berücksichtigung dieses Punktes ist eine Idee, die Forschung mit Simulationsmodellen zu beginnen, um die Interaktion zwischen verschiedenen Geräten und deren Auswirkungen auf die Ausbreitung zu bewerten. Zweitens kann bei Verfügbarkeit von Geräten und Einrichtungen die Interaktion in der Praxis durchgeführt werden, um die Auswirkungen der Variation verschiedener Parameter auf die Interaktion zu untersuchen. Dazu gehört die Auswertung der Stromerzeugung und der Laständerung in verschiedenen Situationen. In die Untersuchungen müssen auch die Auswirkungen der Oberschwingungen auf die Neutralströme (Nullstromanteil) und die einzelnen Oberschwingungsordnungen einbezogen werden.

Fazit

Aus den in den vorangegangenen Abschnitten hervorgehobenen Problemen ist leicht zu erkennen, dass noch genügend Forschungsherausforderungen bestehen, die in naher Zukunft angegangen werden sollten, insbesondere im Hinblick auf die Supraharmonik.

Das generelle Vorhandensein von nicht sinusförmigen Spannungen und Strömen im Netz ist unbedenklich, solange sie unter einem bestimmten Wert bleiben. Sobald sie diesen Wert überschreiten, wird die Situation besorgniserregend. Zu verstehen und zu quantifizieren, wie die verschiedenen Frequenzverzerrungen entstehen und sich ausbreiten, ist von grundlegender Bedeutung, um das Risiko einer Überschreitung dieser Werte abschätzen zu können. Es ist auch nicht immer klar, ab welchem Wert die Verzerrung bedenklich wird. Obwohl die Auswirkungen von Leistungsverlusten in der Theorie bekannt sind, ist es nach wie vor notwendig, die Auswirkungen, die diese Phänomene auf den Effizienzverlust und den Verlust der Lebensdauer von an das Netz angeschlossenen Geräten haben, besser zu quantifizieren.

In diesem Beitrag werden eine Reihe von Themen vorgeschlagen, die von Forschern angegangen werden sollten, um die Wechselwirkung zwischen PV-Wechselrichtern und LED-Leuchten zu untersuchen. Wie wir sehen, gibt es im Bereich der Netzoberschwingungen einige Themen, die relativ neu sind, und obwohl einige davon bereits untersucht werden, erfordern selbst diese noch viele weitere Studien. Dies ist bei den Superharmonischen der Fall, wo es spezifischere Anforderungen an die Beschreibung ihres Verhaltens in verschiedenen Situationen, die Festlegung standardisierter Messmethoden und die Festlegung von Emissions- und Störfestigkeitsgrenzwerten für Geräte gibt.

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