Power Quality Probleme und neue Lösungen (ICREPQ Papier)

Autors: Ein. Almeida, Die. Moreira. J. Dünn

ISR - Institut für Elektrotechnik und Informationstechnik der Universität von Coimbra, Polo II 3030-290 Coimbra (Portugal) Telefon: +351 239 796 218, Fax: +351 239 406 672 E-Mail: adealmeida@isr.uc.pt, licinio@isr.uc.pt, Jdelgado@elect.estv.ipv.pt.

Abstrakt: In diesem Beitrag, die Haupt Power Quality (PQ) Probleme sind mit ihren zugehörigen Ursachen und Folgen dargestellt. Die wirtschaftlichen Auswirkungen, die mit PQ verbunden sind, gekennzeichnet. Schließlich, einige Lösungen, um die Probleme zu mildern PQ präsentiert.

Schlüsselwörter

Power Quality, Power Quality Probleme, Power Quality Kosten, Power Quality-Lösungen.

1. Einführung

Power Quality (PQ) Fragen sind die größten Bedenken heute. Die weit verbreitete Verwendung von elektronischen Geräten, wie der Informationstechnik, Leistungselektronik wie verstellbare Antriebe (ASD), programmierbaren Steuerungen (PLC), energieeffiziente Beleuchtung, führte zu einer kompletten Veränderung des elektrischen Lasten der Natur. Diese Belastungen sind gleichzeitig die Hauptverursacher und die großen Opfer der Probleme der Netzqualität. Aufgrund ihrer Nicht-Linearität, Alle diese Belastungen zu Störungen in der Spannungswellenform.

Zusammen mit Technologievorsprung, die Organisation der Weltwirtschaft hat sich zur Globalisierung entwickelt und die Gewinnmargen der vielen Aktivitäten tendenziell abnehmen. Die erhöhte Empfindlichkeit der überwiegenden Mehrheit von Prozessen (industriell, Dienstleistungen und sogar Wohn) um Probleme PQ dreht die Verfügbarkeit von elektrischer Energie mit Qualität ein entscheidender Faktor für die Wettbewerbsfähigkeit in jedem Wirtschaftssektor. Die wichtigsten Bereiche sind die kontinuierlichen Prozessindustrie und die Informationstechnologie-Dienstleistungen. Wenn eine Störung auftritt, enorme finanzielle Verluste kann passieren, mit der daraus folgenden Verlust von Produktivität und Wettbewerbsfähigkeit.

Obwohl viele Anstrengungen von Versorgungsunternehmen übernommen, einige Verbraucher benötigen ein Niveau von PQ über dem Niveau von modernen elektrischen Netze bereitgestellt. Dies bedeutet, dass einige Maßnahmen, um höhere Ebenen der Netzqualität zu erreichen genommen werden.

2. Arten von Netzqualitätsproblemen

Die häufigsten Arten von Power-Quality-Probleme sind in Tabelle I.

3. Power-Quality-Charakterisierung

Selbst die modernsten Übertragungs-und Verteilungssysteme sind nicht in der Lage, elektrische Energie mit der gewünschten Zuverlässigkeit für das reibungslose Funktionieren der Belastungen in der modernen Gesellschaft stellen. Moderne T&D (Übertragung und Verteilung) Systeme zur projizierten 99,9 zu 99,99% Verfügbarkeit. Dieser Wert ist stark abhängig von Redundanzgrad des Netzwerks, die je nach der geographischen Lage und der Spannungspegel ist anders (Verfügbarkeit ist höher im Hochspannungsnetz). In einigen Remote-Standorte, Verfügbarkeit von T&D Systeme können so niedrig wie 99%. Selbst mit einer 99,99% Ebene gibt es ein Äquivalent Unterbrechungszeit von 52 Minuten pro Jahr.

Die anspruchsvollsten Prozesse in der modernen digitalen Wirtschaft benötigen elektrische Energie mit 99.9999999% Verfügbarkeit (9-Neunen Zuverlässigkeit) richtig funktionieren.

Zwischen 1992 und 1997, EPRI hat eine Studie in den USA, um die durchschnittliche Dauer der Störungen zu charakterisieren. Das Ergebnis für eine typische Website, während der 6-Jahres-Zeitraum ist unten dargestellt.

Probleme mit der Netzqualität und neue Lösungen_img_0Abb.. 1 - Typische Verteilung der PQ Störungen, die durch ihre Dauer für eine typische Anlage in 6 Jahr (1992-97) in den USA [2].

Tabelle I - Die häufigsten Probleme der Netzqualität [ 1], [4]

1. Spannungseinbruch (oder Tauch) Beschreibung: Eine Abnahme des normalen Spannungspegel zwischen 10 und 90% der Nenneffektivspannung an der Netzfrequenz, für die Dauer von 0,5 Zyklus 1 Minute.Ursachen: Störungen auf der Übertragungs-oder Verteilernetz (die meisten der Zeit auf parallelen Leitungen). Fehler in der Installation Verbraucher. Anschluss von schweren Lasten und Inbetriebnahme von Großmotoren.Folgen: Störung der Informationstechnik, nämlich Mikroprozessor-Kontrollsysteme (PCs, SPS, ASDs, etc) dass kann einem Verfahren Stillstand führen. Auslösung der Schütze und elektromechanische Relais. Trennung und Verlust an Effizienz in der elektrischen Rotationsmaschinen.

2. Sehr kurze Unterbrechungen

 

Beschreibung: Gesamt Unterbrechung der Stromversorgung für die Dauer von einigen Millisekunden bis zu ein bis zwei Sekunden.Ursachen: Vor allem aufgrund der Öffnung und automatische Wiedereinschaltung von Schutzeinrichtungen, einen fehlerhaften Abschnitt des Netzwerks außer Betrieb. Die Hauptfehlerursachen sind Isolationsfehler, Blitz-und Überschlag-Isolator.Folgen: Auslösung von Schutzeinrichtungen, Informationsverlust und Störung der Datenverarbeitungsanlage. Stillstand von empfindlichen Geräten, wie ASDs, PCs, SPS, wenn sie nicht bereit sein, mit dieser Situation umzugehen.
3. Lange Unterbrechungen Beschreibung: Insgesamt Unterbrechung der Stromversorgung für die Dauer von mehr als 1 zu 2 SekundenUrsachen: Geräteausfall im Stromnetz-Netzwerk, Stürme und Objekte (Bäume, Autos, etc) markanten Linien oder Stangen, Feuer, menschliche Fehler, schlechte Koordination oder Versagen von Schutzeinrichtungen.Folgen: Stillstand der gesamten Ausrüstung.

4. Spannungsspitzenkiller

 

Beschreibung: Sehr schnelle Änderung des Spannungswertes für die Dauer von einer bis mehreren Mikrosekunden wenigen Millisekunden. Diese Variationen können tausend Volt erreichen, auch in Niederspannungs.Ursachen: Blitz, Schalten von Leitungen oder Leistungs-Kondensatoren, Trennung von schweren Lasten.Folgen: Zerstörung von Bauteilen (besonders elektronischen Komponenten) und von Dämmstoffen, Datenverarbeitungsfehler oder Datenverlust, elektromagnetische Interferenz.

5. Spannungswellengang

 

Beschreibung: Momentane Erhöhung der Spannung, bei der Netzfrequenz, außerhalb der normalen Toleranzen, mit einer Dauer von mehr als einen Zyklus und typischerweise weniger als ein paar Sekunden.Ursachen: Start / Stop von schweren Lasten, schlecht dimensionierten Stromquellen, schlecht geregelt Transformatoren (vor allem außerhalb der Spitzenzeiten).Folgen: Datenverlust, Flackern der Beleuchtung und Bildschirme, Stillstand oder die Beschädigung von empfindlichen Geräten, wenn die Spannungswerte zu hoch sind.

6. Harmonische Verzerrung

 

Beschreibung: Spannungs-oder Stromformen annehmen, nicht-sinusförmigen Form. Die Wellenform entspricht der Summe verschiedener Sinuswellen mit unterschiedlichen Größen-und Phasen, mit Frequenzen, die ein Vielfaches der Stromnetzfrequenz sind.Ursachen: Klassische Quellen: Elektromaschinen arbeiten, die über dem Knie des Magnetisierungskurve (magnetische Sättigung), Lichtbogenöfen, Schweißmaschinen, Gleichrichter, und DC-Bürstenmotoren. Moderne Quellen: Alle nichtlinearen Lasten, wie Leistungselektronik einschließlich ASDs, Schaltnetzteile, Datenverarbeitungsgeräte, Beleuchtung der hohen Leistungsfähigkeit.Folgen: Erhöhte Wahrscheinlichkeit zum Auftreten von Resonanz, neutral Überlastung in 3-Phasen-Systeme, Überhitzung aller Kabel und Geräte, Verlust an Effizienz in elektrischen Maschinen, elektromagnetische Interferenzen mit den Kommunikationssystemen, Fehler in Maßnahmen bei der Verwendung durchschnittliche Lese Meter, Fehlauslösungen von Wärmeschutzmaßnahmen.

7. Spannungsschwankungen

 

Beschreibung: Oszillation der Spannungswert, Amplitude durch ein Signal mit der Frequenz moduliert 0 zu 30 Hz.Ursachen: Lichtbogenöfen, häufige Start / Stopp der Elektromotoren (zum Beispiel Aufzüge), Schwingungsbelastungen.Folgen: Die meisten Folgen sind häufig zu einer Unterspannung. Die spürbare Folge ist das Flackern der Beleuchtung und Bildschirme, die den Eindruck von Unsicherheit der visuellen Wahrnehmung.

8. Lärm

 

Beschreibung: Überlagerung der Hochfrequenzsignale auf die Wellenform der Stromnetzfrequenz.Ursachen: Elektromagnetische Störungen durch Hertzschen Wellen provozierte wie Mikrowellen, TV-Diffusions, und Strahlung durch Schweißmaschinen, Lichtbogenöfen, und elektronischen Geräten. Unsachgemäße Erdung kann auch eine Ursache sein.Folgen: Störungen auf empfindliche elektronische Geräte, in der Regel nicht destruktiv. Datenverlust und Datenverarbeitungsfehler verursachen.

9. Spannungsasymmetrie

 

Beschreibung: Eine Spannungsänderung in einem Dreiphasensystem, in dem die drei Spannungswerte oder die Phasenwinkeldifferenzen zwischen ihnen nicht gleich sind.Ursachen: Große einphasige Verbraucher (Induktionsöfen, Traktionslasten), falsche Verteilung aller einphasigen Lasten durch die drei Phasen des System (dies kann auch durch eine Störung sein).Folgen: Unbalanced Systeme implizieren die Existenz eines negativen Sequenz, die schädlich ist für alle drei Stromverbraucher. Die am stärksten betroffenen Lasten Dreiphasen-Induktionsmaschinen.

Wie aus Fig. ersichtlich,. 1., die überwiegende Mehrheit der registrierten Störungen (über 87%) dauerte weniger als 1 zweiten und nur 12 eine Laufzeit von mehr als 1 Minute. Es ist klar, dass nicht alle diese Störungen verursachen Geräte defekt, aber viele Arten von empfindlichen Geräten kann beeinträchtigt werden,.

Eine weitere Studie von EPRI wurde durchgeführt,, zwischen 1993 und 1999, um die PQ auf Niederspannungs charakterisieren (LV) Vertriebsnetze. Diese Studie ergab, dass 92% von Störungen im PQ waren Spannungseinbrüche mit einer Amplitude fällt bis zu 50% und Dauer unter 2 Sekunden. Abb.. 2 zeigt die typische Verteilung der sackt unter 0.5 Sekunden und Mikrounterbrechungen.

Probleme mit der Netzqualität und neue Lösungen_img_1Abb.. 2 - Verteilung von Durchhang und Mikro-Unterbrechung in LV-Netze in der US- [3].

Die Situation in den entwickelten Ländern Europas ist sehr ähnlich zu dem in der US beobachtet. Abb.. 3 zeigt die Charakterisierung von PQ in einem Industriegebiet des Stadtzentrums von Portugal durch die Überwachung der Versorgungs im Zeitraum Februar 2002 bis Januar 2003.

Probleme mit der Netzqualität und neue Lösungen_img_2Abb.. 3 - Charakterisierung von elektrischen Energieversorgungsstörungen in einer Industrieanlage in Portugal.

4. Kosten der Power Quality Probleme

Die Kosten der PQ Probleme sind stark abhängig von verschiedenen Faktoren, vor allem das Geschäftsfeld der Tätigkeit. Andere Faktoren, wie die Empfindlichkeit der verwendeten Geräte
in den Einrichtungen und Marktbedingungen, unter anderem, die Kosten für die PQ Probleme beeinflussen auch.

Ein. Power Quality Kosten Bewertung

Die zu einer Störung PQ Kosten können unterteilt werden in:

  1. Direkte Kosten. Die Kosten, die direkt auf die Störung sein kann,. Diese Kosten umfassen die Schäden in der Anlage, Produktionsausfall, Verlust von Rohmaterial, Lohnkosten während der nicht-produktiven Periode und Wiederanlaufkosten. Manchmal, während der nicht-produktive Zeit einige Einsparungen erzielt werden, wie Energieeinsparung, , welche zu den Kosten abgezogen werden müssen. Einige Störungen nicht Produktionsausfall bedeuten, kann aber auch andere Kosten verbunden, wie die Reduktion der Anlageneffizienz und Reduzierung der Lebensdauer der Ausrüstung.
  2. Indirekte Kosten. Diese Kosten sind sehr schwer zu beurteilen. Aufgrund einiger Störungen und Ausfallzeiten, ein Unternehmen nicht in der Lage, die Fristen für Lieferungen und einigen losen zukünftigen Bestellungen durchführen zu können. Investitionen zur Netzqualitätsprobleme verhindern kann als indirekte Kosten werden.
  3. Nicht wesentliche Unannehmlichkeiten. Einige Unannehmlichkeiten aufgrund von Stromstörungen nicht in Geld ausgedrückt werden, wie nicht Radio hören oder fernsehen. Der einzige Weg, um diese Nachteile zu berücksichtigen ist, um einen Geldbetrag fest, daß der Verbraucher zu zahlen bereit ist, diesen Nachteil zu vermeiden [4], [5].
B. Schätzungen über Kosten Power Quality

Mehrere Studien wurden unternommen, um die Kosten der PQ Probleme für Verbraucher beurteilen. Die Bewertung einer genauen Wert ist fast unmöglich; so dass alle diese Studien basieren auf Schätzungen. Einige dieser Studien sind unten dargestellt.

  1. Business Week (1991). PQ Kosten wurden geschätzt 26,000 Millionen US-Dollar pro Jahr in den Vereinigten Staaten.
  2. EPRI (1994). Diese Studie zeigte 400,000 Mio. USD pro Jahr für PQ Kosten in den Vereinigten Staaten.
  3. US-Energieministerium (1995). PQ Kosten wurden geschätzt 150,000 Mio. USD pro Jahr für die Vereinigten Staaten.
  4. Fortune Magazine (1998). Erklärte, dass PQ Kosten waren um 10,000 Mio. USD pro Jahr in den Vereinigten Staaten.
  5. E Quelle (2001). Eine Studie, die kontinuierlichen Prozessindustrie, Finanz-und Nahrungsmittelverarbeitung in den Vereinigten Staaten, geschätzt, die durchschnittlichen jährlichen Kosten von PQ Probleme auf 60,000 zu 80,000 USD pro Installation.
  6. PQ Kosten in der EU (2001). Insgesamt PQ Kosten in Industrie und Handel, in der Europäischen Union, werden in den geplanten 10,000 Mio. EUR pro Jahr [6].

Die Schätzungen der verschiedenen Studien sehr unterschiedlich, aber alle auf einen gemeinsamen Faktor: PQ die Kosten sind enorm.

C. Kosten der momentanen Unterbrechungen

Eine Unterbrechung ist die PQ Problem mit den meisten wahrnehmbare Auswirkungen auf die Einrichtungen. Tabelle II fasst die typischen Kosten der momentanen Unterbrechungen (1 Minute) für verschiedene Arten von Verbrauchern. Die genannten Kosten sind, ohne große Investitionen in Technologien zur Ride-Through Fähigkeiten zu erreichen, um mit der Unterbrechung zu bewältigen. Diese Werte basieren auf veröffentlichten Dienstleistungen und Konzepte Electrotek Erfahrungen mit einzelnen Studien [5].

Tabelle II - Typische Kosten der momentanen Unterbrechungen (1 Minute, in $ / kW Nachfrage, für verschiedene Arten von Industrieanlagen und Dienstleistungen.

Kosten kurzfristiger Unterbrechung ($/kW Nachfrage)
Maximum Minimum
Industrielle
Automobilbau 5.0 7.5
Gummi-und Kunststoff 3.0 4.5
Textil- 2.0 4.0
Papier 1.5 2.5
Drucken (Zeitungen) 1.0 2.0
Petro 3.0 5.0
Metallverarbeitung 2.0 4.0
Glas 4.0 6.0
Bergbau 2.0 4.0
Lebensmittelverarbeitung 3.0 5.0
Pharmazeutisch 5.0 50.0
Elektronik 8.0 12.0
Halbleiterfertigung 20.0 60.0
Dienstleistungen
Kommunikation, Informationsverarbeitung 1.0 10.0
Krankenhäuser, Banken, Bürgerdienste 2.0 3.0
Restaurants, Barren, Hotels 0.5 1.0
Handelsgeschäfte 0.1 0.5

Wie es gesehen werden kann, der Industriesektor ist der am stärksten von Unterbrechungen betroffen, vor allem die kontinuierliche Prozessindustrie. Im Dienstleistungsbereich, Kommunikations-und Informationsverarbeitung ist die am meisten betroffenen Geschäftsfeld.

Die Kosten für die Unterbrechung sind auch abhängig von der Dauer. Abb.. 4 zeigt die Kosten von Unterbrechungen gegen seine Dauer.

Probleme mit der Netzqualität und neue Lösungen_img_3Abb.. 4 - Kosten von Unterbrechungen als Funktion der Dauer [5].

5. Lösungen für Probleme PQ

Die Abschwächung der PQ Probleme können auf verschiedenen Ebenen nehmen: Übertragung, Verteilung und die Endverbrauchsgeräte. Wie in Fig.. 5, , können verschiedene Maßnahmen auf diesen Ebenen getroffen werden.

Probleme mit der Netzqualität und neue Lösungen_img_4Abb.. 5 - Lösungen für digitale Leistungs [7]

6. Grid Angemessenheit

Viele Probleme haben PQ Ursprung in der Übertragungs-oder Verteilergitter. So, eine einwandfreie Übertragung-und Verteilungsnetz, mit angemessener Planung und Instandhaltung, wesentlich ist, um das Auftreten von Problemen minimiert PQ.

7. Verteilte Ressourcen - Energiespeichersysteme

Interesse an der Verwendung von verteilten Energieressourcen (DER) hat sich in den letzten Jahren wegen ihrer potentiellen erhöht, um eine erhöhte Zuverlässigkeit. Zu diesen Ressourcen gehören Systeme dezentrale Erzeugung und Energiespeicher.

Energiespeichersysteme, auch als Wiederherstellung Technologien bekannt, werden verwendet, um die elektrischen Verbraucher mit Ride-Through-Fähigkeit in einem schlechten Umfeld zu schaffen PQ.

Probleme mit der Netzqualität und neue Lösungen_img_5Abb.. 6 - Wiederherstellung der Technologien Prinzip [1].

Neueste technologische Fortschritte in der Leistungselektronik und Speichertechnologien machen das Wiederherstellen Technologien eine der Premium-Lösungen für PQ Probleme mildern.

Probleme mit der Netzqualität und neue Lösungen_img_6Abb.. 7 - Arbeitsweise eines Energiespeichersystems.

Die erste Energiespeichertechnologie auf dem Gebiet der PQ verwendet, doch die meisten heute verwendeten, ist elektrochemische Batterie. Obwohl neue Technologien, wie Schwungräder, Superkondensatoren und supraleitenden magnetischen Energiespeicherung (SMES) bieten viele Vorteile, elektrochemischen Batterien aufgrund ihrer niedrigen Preis und ausgereifte Technologie herrschen noch.

Ein. Schwungräder

Ein Schwungrad ist eine elektromechanische Vorrichtung, die Paare eine rotierende elektrische Maschine (Motor / Generator) mit einer rotierenden Masse in Energie für kurze Zeit speichern. Der Motor / Generator zeichnet Energie durch das Gitter vorgesehen ist, um den Rotor des Schwungrades Spinn halten. Bei einer Störung der Stromversorgung, die kinetische Energie im Rotor gespeichert ist, um elektrische Gleichstromenergie durch den Generator umgewandelt, und die Energie bei einer konstanten Frequenz und Spannung durch einen Inverter und ein Steuersystem gelieferte. Abb.. 8 zeigt das Schema des Schwungrades, wo die großen Vorteile dieses Systems werden erläutert.

Probleme mit der Netzqualität und neue Lösungen_img_7Abb.. 8 - Schwungrad [http://www.beaconpower.com]

Traditionelle Schwungradrotoren werden üblicherweise aus Stahl gefertigt und mit einer Spinnrate von einigen tausend Umdrehungen pro Minute begrenzt (RPM). Erweiterte Kurbelwelle sind aus Kohlefasermaterialien und Magnetlager aufgebaut werden im Vakuum bei Geschwindigkeiten von bis zu spinnen 40,000 zu 60,000 RPM. Die gespeicherte Energie ist proportional zum Massenträgheitsmoment und dem Quadrat der Rotationsgeschwindigkeit. High-Speed-Schwungräder können viel mehr Energie als die herkömmlichen Schwungräder speichern.

Das Schwungrad liefert Strom in einem Zeitraum zwischen dem Verlust von Versorgungs mitgelieferte Netz und entweder der Rückkehr des Stroms oder der Beginn einer Back-up-System (d. h., Dieselgenerator). Schwungräder bieten in der Regel 1-100 Sekunden-Fahrt durch die Zeit, und Backup-Generatoren sind in der Lage zu bekommen, hier innerhalb der 5-20 Sekunden.

B. Superkondensatoren

Superkondensatoren (auch als Ultrakondensatoren bekannt) DC sind Energiequellen und müssen an das Stromnetz mit einer statischen Kraftanlage angeschlossen werden, Bereitstellen Energieabgabe bei der Netzfrequenz. Ein Superkondensator versorgt während kurzer Dauer Unterbrechungen oder Spannungseinbrüche.

Mittelgroße Superkondensatoren (1 MJoule) sind im Handel erhältlich, um Ride-Through-Fähigkeit in kleinen elektronischen Geräten zu implementieren, aber große Superkondensatoren sind noch in der Entwicklung, aber vielleicht schon bald ein lebensfähiges Element des Energiespeicher Gebiet zu werden.

Probleme mit der Netzqualität und neue Lösungen_img_8Abb.. 9 - Elektrische Doppelschichtsuperkondensator [http://www.esmacap.com]

Kapazität ist sehr groß, da der Abstand zwischen den Platten ist sehr klein (mehrere Angström), und weil die Fläche der Leiteroberflächen (beispielsweise der Aktivkohle) Lauf 1500-2000 m2/G (16000-21500 ft2/G). So, die von solchen Kondensatoren gespeicherte Energie zu erreichen 50-60 J / g [8].

C. SMES

Ein Magnetfeld wird durch Zirkulation eines Gleichstroms in einer geschlossenen Wicklung des supraleitenden Drahtes erzeugt. Der Weg des Spulenkreisstrom kann mit einem Halbleiterschalter geöffnet werden, auf und weg modulierten. Aufgrund der hohen Induktivität der Spule, wenn der Schalter ausgeschaltet ist (offen), die Magnetspule verhält sich wie eine Stromquelle, und Strom in der Stromwandler, der in einem gewissen Spannungspegel auflädt erzwingen. Proper Modulation der Solid-State-Schalter kann die Spannung innerhalb des richtigen Arbeitsbereich des Wechselrichters zu halten, der die Gleichspannung in Wechselspannung umwandelt,.

Probleme mit der Netzqualität und neue Lösungen_img_9Abb.. 10 - KMU-System [9].

Niedertemperatur-KMU mit flüssigem Helium gekühlt ist im Handel erhältlich. Hochtemperatur-KMU mit flüssigem Stickstoff gekühlt ist immer noch in der Entwicklungsphase und kann ein lebensfähiges kommerzielles Energiespeicherquelle in der Zukunft aufgrund der potenziell geringeren Kosten zu.

KMU-Systeme groß und allgemein für kurze Zeit verwendet werden, sind, wie Stromschaltereignisse.

D. Vergleich von Speichersystemen

Abb.. 11 zeigt ein Vergleich der verschiedenen Storage-Technologie in Bezug auf die spezifische Leistung und Energie.

Probleme mit der Netzqualität und neue Lösungen_img_10Abb.. 11 - Spezifische Leistung in Abhängigkeit von bestimmten Energiebereichen für Speichertechnologien [9].

Probleme mit der Netzqualität und neue Lösungen_img_11Abb.. 12 - Spezifische Kosten der Energiespeicher [10].

Die Hochgeschwindigkeits-Schwungrad ist in etwa die gleichen Kosten Bereich wie die KMU und Superkondensatoren und über 5 Mal teurer als eine niedrige Geschwindigkeit Schwungrad aufgrund seiner komplizierter Konstruktion und begrenzte Leistung. Elektrochemische Batterie hat einen hohen Grad von reifen und ein einfaches Design. Unterhalb einer Lagerzeit von 25 Sekunden niedriger Geschwindigkeit Schwungrad kostengünstiger sein als die Batterie.

8. Verteilte Ressourcen - Distributed Generation

Distributed Generation (DG) Einheiten können verwendet werden, um sauberen Strom zu liefern kritische Lasten, Isolieren sie von Störungen mit Ursprung im Netz. DG-Einheiten können auch als Backup-Generatoren verwendet werden, um die Energieversorgung bei anhaltender Ausfälle zu kritischen Belastungen zu gewährleisten. Zusätzlich DG-Einheiten können für das Lastmanagement gedachte zu den Spitzenbedarf zu verringern verwendet werden.

Derzeit, Hubkolbenmotor ist die vorherrschende Technologie in der GD Markt, aber mit technologischen Fortschritte, andere Technologien werden immer attraktiver, wie Mikroturbinen oder Brennstoffzellen (Tabelle III).

Tabelle III - Entwicklung von Technologien DG.

Kolbenmaschinen Mikroturbinen Fuel Cells
Timing • Fortlaufende • Jetzt Schwellen • Von den 200 der
Markt • Standby / wieder Auslastung • Spitzen-Rasier-und PQ • Spitzenleistung und PQ
Wirtschaft • 300 ein 600 $/kW • 33-45% • effiziente <5% • Nutzung 15-30 Cent / kWh • 750 $/kW • 20-30% • ~ 20% • effiziente Nutzung 10-15 Cent / kWh • 1000* ein 4000 $/kW • 45-60% • effiziente >80% • Nutzung 5* Cent / kWh * vorhergesagt

Wenn DG-Einheiten sind als Back-up-Generation verwendet werden, eine Speichereinheit verwendet werden, um Energie in der Zeit zwischen dem Ursprung der Störung und dem Start-up des Notstromaggregats an die Lasten bereitzustellen.

Die häufigste Lösung ist die Kombination von elektrochemischen Batterien USV und einem Dieselgenerator. Derzeit, die Integration von einem Schwungrad und einem Dieselaggregat in einem einzigen Gerät ist auch immer eine beliebte Lösung, von vielen Herstellern angeboten.

Probleme mit der Netzqualität und neue Lösungen_img_12Abb.. 13 - Schema einer kontinuierlichen Energiesystem, mit einem Schwungrad und einem Dieselaggregat [www.geindustrialsystems.com].

Probleme mit der Netzqualität und neue Lösungen_img_13Abb.. 14 - Dynamische USV, von Hitec Power Protection, bv. [http://www.hitec-ups.com].

9. Verbesserte Schnittstellen

Neben der Energiespeichersysteme und DG, einige andere Geräte verwendet werden, um Probleme zu lösen PQ.

Die Verwendung der richtigen Schnittstellengeräte, kann man die Lasten von Störungen, die sich aus dem Netz zu isolieren.

Ein. Dynamic Voltage Restorer

Ein dynamisches Spannungs Restaurator (DVR) verhält sich wie eine Spannungsquelle in Serie mit der Last verbunden ist. Das Arbeitsprinzip der häufigsten DVRs ist ähnlich zu. 7. Die Ausgangsspannung des DVR annähernd konstante Spannung an den Lastanschlüssen unter Verwendung eines Aufwärtstransformator und / oder gespeicherte Energie an Wirk-und Blindleistung in der Ausgangsversorgungstrog ein Spannungswandler injizieren gehalten.

B. Transient Voltage Überspannungsableiter (TVSS)

Stoßspannungsunterdrücker sind als Schnittstelle zwischen Stromquelle und empfindlicher Lasten, so daß die Übergangsspannung von der TVSS geklemmt wird, bevor er die Last erreicht,. TVSSs enthalten in der Regel ein Bauteil mit einer nichtlinearen Widerstands (ein Metalloxid-Varistor oder eine Zenerdiode) begrenzt, dass übermäßiger Netzspannung und leiten überschüssige Energie Impuls zur Erde.

C. Spannungskonstant

Constant Spannungswandler (CVT) war eines der ersten verwendet, um die Wirkungen von Spannungseinbrüche und Übergänge zu mildern PQ Lösungen. Um die Spannung konstant zu halten, sie zwei Prinzipien, die in der Regel vermieden werden verwenden: Resonanz und Kernsättigung.

Probleme mit der Netzqualität und neue Lösungen_img_14Abb.. 15 - Konstante Spannungswandler.

Wenn die Resonanz auftritt,, der Strom wird auf einen Punkt, der die Sättigung des Magnetkerns des Transformators bewirkt erhöhen. Wenn der Magnetkern gesättigt ist, dann wird der magnetische Fluß in etwa konstant bleibt und der Transformator eine ungefähr konstante Ausgangsspannung zu erzeugen.

Wenn sie nicht richtig verwendet, ein CVT-PQ mehr Probleme entstehen, als die, die gemildert. Es können Transienten erzeugen, Harmonik (Spannungswelle abgeschnitten auf der Oberseite und an den Seiten) und es ist ineffizient (über 80% bei Volllast). Seine Anwendung ist immer ungewöhnlich, aufgrund technologischer Fortschritte in anderen Bereichen.

D. Entstörfilter

Rauschfilter verwendet werden, um unerwünschte Frequenz Strom-oder Spannungssignale zu vermeiden (Lärm) vom Erreichen empfindliche Geräte. Dies kann durch eine Kombination von Kondensatoren und Induktivitäten, die einen Pfad mit niedriger Impedanz zu der Grundfrequenz und eine hohe Impedanz zu höheren Frequenzen erzeugt geführt werden, dh, ein Tiefpassfilter. Sie sollte verwendet werden, wenn Rauschen mit einer Frequenz im kHz-Bereich beträchtlich werden.

Es. Trenntransformatoren

Trenntransformatoren werden verwendet, um empfindliche Verbraucher vor Transienten und Lärm, die sich aus dem Netz zu isolieren. In einigen Fällen (Delta-Wye Verbindung) Trenntransformatoren halten Belastungen durch Oberschwingungsströme erzeugt aus immer stromaufwärts des Transformators.

Die Besonderheit des Trenntransformatoren ist eine geerdete Abschirmung von nichtmagnetischen Folie zwischen der primären und der sekundären befindet gemacht. Jedes Rauschen oder transiente die von der Quelle kommen durch die Kapazität zwischen der primären und der Abschirmung und an die Erde übertragen und die Last nicht erreichen.

Abb.. 16 - Trenntransformator.

F. Statische VAR Kompensatoren

Statische VAR Kompensatoren (SVR) eine Kombination von Kondensatoren und Drosseln, die Spannung schnell zu regulieren. Festkörperschalter steuern das Einfügen von Kondensatoren und Drosseln im richtigen Größe, um die Spannung schwankt verhindern. Die Hauptanwendung des SVR ist die Spannungsregelung in Hochspannung und die Beseitigung von Flackern von großen Lasten zu (wie Induktionsöfen).

G. Oberschwingungsfilter

Harmonic-Filter werden verwendet, um unerwünschte Oberwellen zu reduzieren. Sie können in zwei Gruppen unterteilt werden: passive Filter und aktive Filter.

Probleme mit der Netzqualität und neue Lösungen_img_16Abb.. 17 - Oberwellenfilter [11].

Passive Filter (Abb.. 17 links) bestehen in einem niedrigen Impedanzpfad mit den Frequenzen der Harmonischen unter Verwendung passiver Komponenten gedämpft (Induktivitäten, Kondensatoren und Widerstände). Mehrere passive Filter parallel verbunden ist, kann erforderlich sein, um mehrere harmonische Komponenten zu beseitigen. Wenn das System variiert (Änderung der harmonischen Komponenten), passive Filter kann unwirksam und Ursache Resonanz werden.

Aktive Filter (Abb.. 17 Recht) analysieren die aktuelle von der Last verbraucht und ein Strom, der den harmonischen Strom durch die Lasten erzeugt abbrechen. Aktive Filter waren teuer in der Vergangenheit, aber sie sind jetzt immer kostengünstige Ausgleichs für unbekannte oder Ändern Oberschwingungen.

10. Entwickeln Codes und Standards

Einige Maßnahmen wurden ergriffen, um die Mindest PQ Niveau, das Versorgungsunternehmen müssen die Verbraucher und die Immunität Ebene zu regeln, dass die Ausrüstung haben sollte, um richtig arbeiten, wenn die zugeführte Energie ist innerhalb der Standards.

Ein wichtiger Schritt in diese Richtung wurde mit dem CBEMA Kurve genommen (Abb. 18), erstellt von der Computer-und Business Equipment Manufacturer Association. Diese Norm legt die Mindestwiderstandsfähigkeit von Computer-Ausrüstung, um Spannungseinbrüche, Mikro-Unterbrechungen und Überspannungen.

Probleme mit der Netzqualität und neue Lösungen_img_17Abb.. 18 - CBEMA Kurve.

 

Abb.. 19 - ITIC-Kurve

Diese Kurve, obwohl vor kurzem von ITIC substituierten (Information Technology Industry Council) Kurve (Abb.. 19), ist noch eine Referenz im Bereich PQ. Wenn die Spannung innerhalb der durch den schraffierten Zone bestimmten Grenzen, sollte das Gerät normal zu funktionieren. Wenn die Spannung in der Zone unter dem zulässigen Bereich enthalten, die Geräte können Fehlfunktionen oder zu stoppen. Wenn die Spannung in der oberen Sperrzone umfasst, neben Fehlfunktionen, Schäden an den Geräten auftreten.

Andere Normungsorganisationen (IEC, CENELEC, IEEE, etc) eine Reihe von Standards mit den gleichen Zwecke entwickelt haben. Europa, die wichtigsten Standards in PQ sind die EN 50160 (von CENELEC) und IEC 61000.

Tabelle IV – Die wichtigsten der Europäischen Norm festgelegten Parameter 50160:2001.

Limits
Frequenz Muss zwischen bleiben 49.5 (-1%) und 50.5 (+1%) Hz.
Spannung Die Spannung muss zwischen 90% und 110% der Nennspannung.
Spannungsasymmetrie Die negative Folge kann nicht davon ausgehen, Ordnungen höher als 2% der Direktsequenz.
Harmonische Spannung THD < 8 % V3 < 5.0% V5 < 6.0% V7 < 5.0%

11. Stellen-Endgeräte weniger empfindlich

Gestaltung der Geräte weniger empfindlich gegenüber Störungen zu sein, ist in der Regel die kosteneffektivste Maßnahme PQ Probleme zu verhindern. Einige Hersteller von Endverbrauchergeräte erkennen nun dieses Problem, aber die Wettbewerbsmarkt bedeutet, dass, sollten die Hersteller die Kosten zu senken und nur auf die Anforderungen der Kunden reagieren. Die Ausnahme ist der ASD Markt, wo die Hersteller aktiv die Förderung von Produkten mit verbesserten Ride-Through-Funktionen.

Hinzufügen eines Kondensators mit großer Kapazität zur Stromversorgung, Verwendung von Kabeln mit größeren Neutralleiter, Derating Transformatoren und Unterspannungsrelais Anpassung, sind Maßnahmen, die von den Herstellern getroffen werden könnten, um die Empfindlichkeit der Geräte zu vermeiden, um Probleme PQ.

12. Schlussfolgerungen

Die Verfügbarkeit von elektrischer Energie mit hoher Qualität ist entscheidend für den Betrieb der modernen Gesellschaft. Wenn einige Sektoren sind mit der Qualität der Leistung von Versorgungsunternehmen zur Verfügung gestellt zufrieden, einige andere sind anspruchsvoller.

Um die große Verluste zu vermeiden, Probleme im Zusammenhang mit PQ, die anspruchsvollsten Verbraucher müssen Maßnahmen ergreifen, um die Probleme zu verhindern. Unter den verschiedenen Maßnahmen, Auswahl von weniger empfindliche Geräte können eine wichtige Rolle spielen. Wenn selbst die robustesten Geräte sind betroffen, dann müssen andere Maßnahmen ergriffen werden,, wie Installation der Wiederherstellung der Technologien, dezentrale Erzeugung oder ein Schnittstellengerät, um Probleme zu verhindern PQ.

Referenzen

[1] J. Dünn, "Total Quality Management Angewandt auf die Zufuhr von elektrischer Energiesektor", Diplomarbeit vorgelegt, um die Erfüllung der Anforderungen für den Grad des PhD. in Elektroingenieur, Coimbra, September 2002.

[2] “Die Zwei-Sekunden-Problem”, American Superconductor und EPRI Forschung, März 1998.

[3] EPRI Power Delivery-Gruppe, "Die Zukunft der Energie Anlieferung in die 21st Jahrhundert ", 1999.

[4] M. Die Kugel, "Understanding Power Quality Probleme - Spannungseinbrüche und Unterbrechungen", IEEE Press Series on Power Engineering - John Wiley and Sons, Piscataway, USA (2000).

[5] M. McGranaghan, "Kosten von Unterbrechungen", in Verfahren des Power Quality 2002 Conference, Rosemont, Illinois, pp 1-8, Oktober 2002..

[6] D. Chapman, "Die Kosten für schlechte Netzqualität", Leitfaden Netzqualität - Copper Development Association, März 2001.

[7] EPRI, "Erstellen der Strom-Infrastruktur für eine digitale Gesellschaft", UIP-Konferenz 2000, Lissabon, 13, November 2000.

[8] http://www.esma-cap.com

[9] P. Bach, B. Johnson, M. Krähe, Ein. Arsoy, Und. Liu, "Energiespeichersysteme für Advanced Power Applications", Proceedings of the IEEE, Flug 89, KEIN. 12, Dezember 2001.

[10] H. Darrelmann, "Vergleich von Kurzzeit-Alternative-Speichersysteme", Loot, GmbH, Osterode, Deutschland.

[11] P. Ferracci, "Power Quality", Technisches Heft Schneider Electric nicht. 199, September 2000.

Quelle: www.icrepq.com/pdfs/PL4.ALMEIDA.pdf