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02.12.2024
DYNAMIC TRIFFT AUF PRÄZISION – LEISTUNGSELEKTRONIK FÜR POWER QUALITY
Von Werner Bresch und Thomas Schulze, GVA Leistungselektronik GmbH
Während neueste und sicherlich interessante Entwicklungen in der IT wie Künstliche Intelligenz in aller Munde sind, erfährt die Leistungselektronik eine eher stiefmütterliche Behandlung. In der Öffentlichkeit und Medienlandschaft beschränkt sich die Aufmerksamkeit für diese Technologie oft nur auf den Einsatz im Bereich erneuerbarer Energien, E-Mobilität, Lade-Infrastruktur, schwere und leichte Traktion usw. Dadurch ergibt sich bezüglich der Leistungselektronik in der öffentlichen Wahrnehmung das Bild einer wenig innovativen und eher angestaubten Technologie.
Bild 1: Leistungselektronik in der öffentlichen Wahrnehmung eine angestaubte Technologie? Das Gegenteil ist der Fall.
Das Gegenteil ist aber der Fall. In einer Zeit, in der die Energieerzeugung und Energieverteilung durch Dezentralisierung im wahrsten Sinne des Wortes auf den Kopf gestellt wird, kommen gerade auf die Leistungselektronik gänzlich neue Anwendungen mit herausfordernden Performanceansprüchen zu.
Eines dieser neuen Anwendungsfelder betrifft die Sicherstellung stabiler und sicherer Netzverhältnisse – Stichwort Power-Quality (und Schutz). Hier hat die GVA Leistungselektronik GmbH eine Technologieplattform entwickelt, die es erlaubt sehr flexibel auf Anforderungen der Kunden einzugehen. Zum Einsatz kommen neben neuesten leistungselektronischen Komponenten auch die in einem früheren Beitrag beschriebene hochdynamische Software- und Controllerplattform der GVA.
Eingesetzt für Anwendungen z.B. in Rundsteuersender, aktiver und passiver Kompensation (bis in den Bereich der Mittelspannung) und Lösungen zur aktiven Beherrschung von Fehlern im Versorgungsnetz setzt die GVA dabei neue Benchmarks.
Um solche Anwendungen realisieren zu können ist eine, bezogen auf die Netzfrequenz, winkelgenaue, verzerrungsfreie Performance der zum Einsatz kommenden Leistungselektronik notwendig. Die von GVA realisierten Lösungen bieten hier eine Winkelgenauigkeit von
- besser als 0,1° und
- eine THD besser als 0,1% (Verzerrung).
Um diese THD zu erreichen, kommen hoch performante IGBT in einer 3-Level-Wechselrichtertopologie zum Einsatz welche interleaved geschaltet werden.
Bild 2: Bei Lösungen zur aktiven Beherrschung von Fehlern im Versorgungsnetz setzt GVA neue Benchmarks.
Da die modulierte Sinus-Ausgangsfrequenz möglichst verzerrungsfrei bezogen auf den natürlichen Sinus nachgebildet werden muss, ist mit Modulations-Frequenzen von üblicher Weise einigen kHz im niedrigen einstelligen Bereich nicht viel zu erreichen.
Mit der von GVA entwickelten Controller- und Software-Plattform ist es grundsätzlich möglich
- Modulationsfrequenz bis zu 128 kHz zu erreichen und sinusförmige Spannungsverläufe verzerrungsarm mit einem
- Gesamt-Klirrfaktor (THD): von <=0,1 % bei 50 Hz abzubilden.
Kombiniert mit der Möglichkeit die Phasenlage in einer Genauigkeit von <= 0,1° bezogen auf die Netzfrequenz zu detektieren und nachzufahren setzt GVA einen neuen Benchmark was Dynamic und Präzision betrifft. Für die zuvor geschilderten Anwendungsfälle übertreffen die gelieferten Lösungen die bereits anspruchsvollen Forderungen nach Signalqualität teils um mehrere Größenordnungen.
An dieser Stelle noch einige grundsätzliche Erläuterungen zur GVA eigenen Controller- und Software-Plattform. So kann z.B. jeder Umrichter über eine eigene State-Machine zur Steuerung des allgemeinen System-Verhaltens verfügen. Ein davon getrennter Supervisor beobachtet alle internen Signale des Systems und löst bei Grenzwertverletzung den Übergang der State-Machine zum Fehlerereignis aus. Zeitgemäße Kunden-Schnittstellen wie ein integrierter Webserver, Optionen zum externen Konfigurieren und Monitoring via RestfulAPI, Speichern von transienten Signalaufzeichnungen bei voller Abtastrate und ein persistentes Konfigurationsmanagement runden unsere Lösungen ab und gestatten eine nahtlose Integration in bestehende Kunden-Infrastruktur.
Bild 3: Die GVA eigene Controller- und Software-Plattform: jeder Umrichter verfügt über eine eigene State-Machine zur Steuerung des allgemeinen System-Verhaltens.
Sie denken bereits über Ihre nächste Lösung nach und möchten eine präzise Leistungselektronik in Ihre übergeordnete Regelung einbinden? In einem solchen Szenario bietet sich z.B. unsere Echtzeit-SFP+-Schnittstelle an, die die Steuerung und Überwachung unserer Umrichter mit einer PLECS RT Box gestattet. Sie können Sollwerte vorgeben und frei wählen, welche Messwerte Sie in PLECS empfangen möchten, um Ihre Regelung oder auch nur Überwachung zu gestalten.
In einer Zeit, in der Effizienz und Präzision immer wichtiger werden, sind wir stolz leistungsfähige, hochgenaue Spannungs- und Stromquellen zu entwickeln und die Bedürfnisse unserer Kunden zu erfüllen. Unsere Produkte decken einen Leistungsbereich von einigen Kilowatt bis hin zum zweistelligen MW-Bereich ab. Sie finden Anwendung in verschiedensten zukunftstragenden Industriezweigen, von erneuerbaren Energien bis hin zur Elektromobilität.
Bei Interesse und für weitere Rückfragen zu diesem Beitrag oder zur Realisierung eines eventuell bei ihnen vorliegenden leistungselektronischen Neu-Projektes, kontaktieren Sie gerne einen unserer Power-Experten.