Mit der rasanten Entwicklung der erneuerbaren Energien und der Elektrofahrzeugtechnologie erweitert sich das Anwendungsgebiet bidirektionaler Wechselrichterladegeräte ( Bidirektionales Wechselrichter-Ladegerät ) als zentrales Verbindungselement zwischen Stromversorgung und Last wird ständig erweitert. Das daraus resultierende Oberschwingungsproblem ist jedoch nach und nach aufgetreten und stellt die Stabilität des Stromnetzes und die Zuverlässigkeit der Ausrüstung vor große Herausforderungen.
Definition und Ursache von Harmonischen
Oberwellen beziehen sich auf Strom- oder Spannungswellenformen im Stromnetz mit Frequenzen, die ganzzahlige Vielfache der Grundfrequenz sind, normalerweise 50 Hz oder 60 Hz. Zu den harmonischen Komponenten gehören verschiedene Frequenzen, die höher als die Grundfrequenz sind, z. B. 2-mal (100 Hz oder 120 Hz), 3-mal (150 Hz oder 180 Hz) usw. Die Erzeugung von Oberwellen hängt eng mit den Arbeitseigenschaften nichtlinearer Lasten und Schaltgeräte zusammen. Bei der Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom durch ein bidirektionales Wechselrichterladegerät werden aufgrund der Eigenschaften seines Schaltvorgangs häufig Oberschwingungen eingeführt, die sich auf die Gesamtleistung des Systems auswirken.
Einfluss von Oberschwingungen auf Geräte
Überhitzung der Ausrüstung: Oberschwingungen können zu zusätzlicher Hitze im Inneren der Ausrüstung führen, insbesondere in Geräten wie Transformatoren und Motoren. Durch die Zunahme der Oberschwingungskomponenten erhöht sich der Effektivwert des Stroms, wodurch das Gerät während des Betriebs mehr Wärme als normal erzeugt, was nicht nur die Lebensdauer des Geräts verkürzt, sondern auch Sicherheitsrisiken mit sich bringen kann.
Erhöhter Leistungsverlust: Der durch Oberschwingungen verursachte zusätzliche Strom erhöht die Erwärmung des Drahtes, was zu einer ineffektiven Energieübertragung und zusätzlichen Verlusten führt. Dieses Phänomen verringert nicht nur die Gesamteffizienz des Systems, sondern kann auch zu einem erheblichen Anstieg der Stromkosten führen, was zu wirtschaftlichen Belastungen für Unternehmen führt.
Ausfall elektrischer Geräte: Oberschwingungen höherer Ordnung können zu Ausfällen elektrischer Geräte führen, insbesondere bei wichtigen Geräten wie Motoren und Transformatoren. Das Vorhandensein von Oberwellen führt zu Vibrationen und Geräuschen in der Ausrüstung, erhöht den mechanischen Verschleiß und kann zu einem vorzeitigen Ausfall der Ausrüstung führen, was zu unnötigen Ausfallkosten für den Unternehmensbetrieb führt.
Verkürzte Batterielebensdauer: Bei bidirektionalen Inverter-Ladegeräten muss das Batteriemanagementsystem (BMS) Oberschwingungen beim Laden und Entladen effektiv bewältigen. Wenn der Oberschwingungspegel zu hoch ist, wird der Lade- und Entladevorgang der Batterie instabil, was sich auf die Lebensdauer und die Gesamtleistung der Batterie auswirkt.
Einfluss von Oberschwingungen auf die Netzqualität
Spannungswellenformverzerrung: Das Vorhandensein von Oberschwingungen führt zu Spannungswellenformverzerrungen, die sich auf die Stromqualität auswirken. Eine Verzerrung der Spannungswellenform kann dazu führen, dass das Gerät nicht ordnungsgemäß funktioniert, insbesondere bei empfindlichen Geräten (z. B. Computer, medizinische Geräte usw.), was zu Datenverlust oder Geräteausfall führen kann.
Total Harmonic Distortion (THD): Das Vorhandensein von Oberwellen führt zu einem Anstieg des Index der Total Harmonic Distortion (THD). THD ist ein wichtiger Parameter zur Messung der Verzerrung von Spannungs- oder Stromwellenformen. Zu hohe THD-Werte beeinträchtigen nicht nur die Qualität der Stromversorgung, sondern können auch den normalen Betrieb der Geräte beeinträchtigen.
Netzstabilität: Die Zunahme der Oberwellen kann sich negativ auf die Stabilität des Netzes auswirken. Oberwellen können zu Schwingungen im Netz und sogar zu Netzausfällen und Stromausfällen führen. Bei großflächigen Netzanbindungen sind die Auswirkungen von Oberschwingungen besonders deutlich, die die Gesamtsicherheit des Systems beeinträchtigen können.
