Del 7 : Mulige løsninger på problemer med elkvalitet.

Elkvalitetsproblem og avencerede effektelektronikløsninger

Efter introduktionen af strømkvalitetsproblemer i tidligere artikler vil denne syvende artikel diskutere mulige løsninger på strømkvalitetsproblemer.

Løsninger til problemer med elkvaliteten

Elektrisk elkvalitet er en vigtig medvirkende faktor i elforsyningssikkerhed og pålidelighed. Elkvalitetsproblemer kan påvirke og forårsage betydelige tab for slutbrugere, el-generatorer og -distributører samt udstyrs- og systemproducenter. I moderne elsystemer er der flere parter, der bør overvåge elkvaliteten.

Leverandører af el: Til opfyldelse af kontraktlige forpligtelser og til forbedring af ydeevnen af elsystemet.
Regulatorer: For at sikre overholdelse og at formulere standarder.
Forbrugere: For at kunne vælge foranstaltninger til forbedring af elkvaliteten, for overholdelse og for at overvåge ydeevnen af nye installationer.
Producenter af udstyr: For at kunne give ydeevnegarantier og for design og udvikling af nyt udstyr.

Traditionelt er elkvalitetsovervågning blevet udført fra sag til sag ved hjælp af bærbare enheder til at måle nøgleparametre, der påvirker elkvaliteten. Med avancerede elkvalitetsovervågningsenheder og cloud-baseret datalagring er det i dag muligt at overvåge og vurdere elkvaliteten løbende. Kontinuerlig overvågning af elkvaliteten kan hjælpe med at opdage, registrere og forhindre problemer og tab.

Symptomerne på et elkvalitetsproblem kan være så subtile som et lys, der dæmpes, når en stor motor starter, eller så katastrofale som udstyrsfejl og processtop. Når disse symptomer er opdaget ved kundernes installationer, kræves en vurdering af elkvaliteten. Hovedformålet med vurderingen er korrekt at identificere, hvad der præcist er installationens elkvalitetsproblemer og deres størrelse, så den korrekte korrigerende løsning kan vælges. Nogle af fordelene ved at udføre hyppige elkvalitetsvurderinger i installationer omfatter:

Identifikation af kilden og hyppigheden af elkvalitetsproblemer.
Forebyggende og forudsigende vedligeholdelsesassistance.
Vurdering af procesudstyrs følsomhed over for forstyrrelser.
Evaluering af udstyrets ydeevne i forhold til specifikationer.

Typiske fordele ved elkvalitetsvurderinger:

Mulige løsninger på problemer med elkvaliteten

Der er flere løsninger, der kan anvendes, når elkvalitetsproblemer og deres størrelse er identificeret. Disse løsninger giver forskellige niveauer af problemafhjælpning afhængig af deres tekniske kompleksitet og den økonomiske investering.

Moderne kraftelektronikløsninger som kraftelektronikbaserede kompensationsheder og kraftelektronikbaserede energilagringsenheder kan anvendes til at løse de fleste elkvalitetsproblemer, som installatøren står over i dag.

Konventionelle mekaniske koblede kompensationsheder som kontaktor- eller afbryderkoblede passive harmoniske filtre kan også tage sig af nogle elkvalitetsproblemer med visse begrænsninger.

Power elektronik løsninger

Der er en bred vifte af strømelektronikløsninger på markedet, der i realtid kan løse enhver form for strømkvalitetsproblemer i lav- eller højspændingselektriske elsystemer. Disse kraftelektronikløsninger kan opdeles i to grupper, effektelektronikbaserede kompensationsenheder og effektelektronikbaserede energilagringsenheder.
Afhængigt af deres tilslutning til det elektriske strømsystem kan effektelektronik-baserede kompensationsenheder opdeles i shunt-, serie- og shuntserie-kompensationsenheder.
Afhængigt af deres funktioner i det elektriske strømsystem kan strømelektronikbaserede energilagringsenheder opdeles i strømbeskyttelsessystemer (forkortet PPS) og energilagringssystemer (forkortet ESS).

Effektelektronik-baserede shuntkompensationsanordninger

I dag er shuntkonfigurationen den mest udbredte til effektelektronik-baserede kompensationsenheder. Shuntkompensationsenheder er forbundet parallelt med det udstyr, der genererer strømkvalitetsproblemerne. Den største fordel ved shuntkompensationsanordninger i forhold til serie- eller shunt-seriekompensationsanordninger er, at de ikke behøver at håndtere installationens fulde strømme, kun strømmene fra det udstyr, de er forbundet parallelt med. Dette problem øger de nuværende vurderinger (og omkostninger) for serie- og shuntseriekompensationsenheder betydeligt. Afhængigt af deres design kan effektelektronik-baserede shuntkompensationsenheder opdeles i to grupper:

• Kompensationsenheder bygget med lavspændingselektroniske kontakter.

• Kompensationsenheder bygget med højspændingselektroniske kontakter.

Enhederne bygget med lavspændingselektroniske kontakter kan bruges direkte i lavspændingsapplikationer. De kan også bruges i højspændingsapplikationer (over 1 kV) ved hjælp af en passende step-up transformer. Enheder bygget med højspændingselektroniske kontakter er designet til at blive brugt direkte i højspændingsapplikationer.
Afhængigt af de anvendte effektelektroniske kontakter (linjekommuterede eller selvkommuterede kontakter), kan effektelektronikbaserede shuntkompensationsenheder også opdeles i to grupper:

• Thyristor-koblede shuntkompensationsenheder.
• IGBT/MOSFET switchede shuntkompensationsenheder.

Thyristor-koblede shuntkompensationsanordninger er udstyret med tyristorkontakter, hvilket gør reaktionstider på omkring ti millisekunder mulige. Omkoblingen sker ved nulspændingsniveau og uden transiente strømme (normalt forbundet med kobling af elektromekaniske afbrydere eller kontaktorer).
IGBT/MOSFET switchede shuntkompensationsenheder kan bruge en kontrollerbar spændingskilde eller en kontrollerbar strømkilde. Den spændingskildeomformer (VSC) baserede shuntkompensationsenhed er langt den mest almindelige type på grund af dens velkendte topologi, rimelige omkostninger og ligetil installationsprocedure.

Strømelektronik-baserede energilagringsenheder

Elbeskyttelsessystemer og energilagringssystemer er de mest almindelige strømelektronikbaserede energilagringsenheder, der bruges i dag til at tage sig af problemer med elkvaliteten.
Moderne kraftelektronik-baserede energilagringsenheder er typisk bygget på neutral-point clamped (NPC) inverter-teknologi. De kan installeres på et hvilket som helst punkt i det elektriske elsystem (lav- eller højspænding) parallelt eller i serie med det udstyr, der forårsager problemer med elkvaliteten. De er bygget med avanceret digital behandlingsteknologi og kan styres til at fungere som el- eller spændingsgeneratorer med et energilagringsmedie i stand til at levere aktiv strøm i en vis tid, når det er nødvendigt.
PPS er forbundet i serie med det udstyr eller den facilitet, der skal beskyttes, direkte eller gennem en matchende transformer eller drossel. De vigtigste energilagringsteknologier, der bruges af PPS, er elektriske (superkondensatorer og kondensatorer), elektrokemiske (batterier og brændselsceller) og mekaniske (svinghjul). Afhængigt af deres design og de tilvejebragte funktioner kan disse enheder opdeles i fire grupper:
• El- og spændingskonditionering (PVC).
• Statiske UPS-systemer (SUPS).
• Roterende UPS-systemer (RUPS).
• Kontinuerlige elforsyningssystemer (CPS).
ESS er forbundet parallelt med det udstyr eller den facilitet, der genererer elkvalitetsproblemerne, direkte eller gennem en step-up transformer. De vigtigste energilagringsteknologier, der bruges af ESS, er elektriske (superkondensatorer og superledende magnetisk energilagring), elektrokemiske (batterier og brændselsceller) og mekaniske (svinghjulsenergilagring, pumpet vandenergilagring, komprimeret luftenergilagring og flydende luftenergilagring). Afhængigt af deres design kan disse enheder opdeles i fire grupper:
• Elektriske energilagringssystemer (EESS).
• Elektrokemiske energilagringssystemer (ECESS).
• Mekaniske energilagringssystemer (MESS).
• Hybride energilagringssystemer (HESS).

Category	Solutions
Low voltage shunt compensation devices
Thyristor switched compensation devices	Thyristor switched capacitor banks (TSC). Thyristor switched reactors (TSR).
IGBT/MOSFET switched compensation devices (active power filters)	Static var generators (SVG). Active harmonic filters (AHF). Active load balancers (ALB). Hybrid var compensators (HVC).
High voltage shunt compensation devices
Thyristor switched compensation devices (static compensators)	Static var compensators (SVC). Thyristor switched capacitor banks (TSC). Thyristor switched filter banks (TSF). Thyristor switched reactors (TSR). Thyristor controlled reactors (TCR).
IGBT switched compensation devices (static compensators)	Static synchronous compensators (STATCOM). Hybrid STATCOMs.

Christina Brædder

CEO Ample A/S

Christina Brædder er uddannet kemiingeniør med speciale indenfor analytisk kemi, og har lederuddannelse indenfor markedsføring. Hun har siden 1999 erhvervet en bred europæisk erfaring inden for elkvalitet og elektrisk beskyttelse samt præsenteret tekniske publikationer, og fungeret som inspirator for forfattere, lektorer og studerende i uddannelsessektoren.

I dag er hun en alsidig og dygtig leder af nichevirksomheden Ample A/S, som har særlig fokus på proces- og energioptimering samt levetidsforlængelse for el-tekniske anlæg f.eks. transformerstationer og forsyningstavler mv. Hun er også leder af Proswede El AB, som sælger og markedsfører el-komponenter i Norden indenfor elkvalitet, elektrisk beskyttelse og automation. Hun har været en førende ekspert i flere lederstillinger hos Eaton, SIBA GmbH og Siemens.

Forretnings- og markedsudvikling baseret på højteknologiske løsninger er hendes dybtliggende passion.

Dette dokument indeholder oplysninger tilhørende Ample A/S og må ikke gengives helt eller delvist eller videregives uden forudgående skriftlig tilladelse fra Ample A/S.

Static UPS systems (SUPS)	Single conversion SUPS (SC SUPS). Double conversion SUPS (DC SUPS). Delta conversion SUPS.
Rotary UPS systems (RUPS)	Motor-generator UPS systems (M-G UPS). Hybrid rotary UPS systems (HRUPS).
Continuous power supply systems (CPS)	Diesel/gas static UPS systems (D/G SUPS). Diesel rotary UPS systems (DRUPS).
Energy storage systems (ESS)
Electrical energy storage systems (EESS)	Supercapacitor energy storage systems (SCESS). Superconducting magnetic energy storage systems (SMES).
Electrochemical energy storage systems (ECESS)	Battery energy storage systems (BESS). Fuel cell energy storage systems (FCESS).
Mechanical energy storage systems (MESS)	Flywheel energy storage systems (FESS). Pumped hydro energy storage systems (PHES). Compressed air energy storage systems (CAES). Liquid air energy storage systems (LAES).
Hybrid energy storage systems (HESS)	Battery – supercapacitor HESS (BS-HESS). Battery – battery HESS (BB-HESS). Battery – fuel cell HESS (BFC-HESS). Supercapacitor – fuel cell HESS (SFC-HESS).