Del 8 : Effektelektronikløsninger til elkvalitetsproblemer.

Elkvalitetsproblem og avencerede effektelektronikløsninger

Efter introduktionen af elkvalitetsproblemer og mulige løsninger i tidligere artikler, vil denne ottende og sidste artikel diskutere anvendelserne af effektelektronikløsninger til elkvalitetsproblemer.

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 grupper, effektelektronikbaserede kompensationsheder 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).

Strømelektronik-baserede shuntkompensationsheder

I dag er shuntkonfigurationen den mest udbredte til effektelektronik-baserede kompensationsenheder. Shuntkompensationsenheder er forbundet parallelt med det udstyr, der genererer strømkvalitetsproblemer. 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 med. Dette problem øger de nuværende vurderinger (og omkostninger) for serie- og shuntseriekompensationsenheder betydeligt.

Afhængigt af deres design kan effektelektronik-baserede shuntkompensationsenheder opdeles i grupper:

Kompensationsenheder bygget med lavspændingselektroniske kontakter.
Kompensationsheder 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 grupper:

Thyristor skiftede shuntkompensationsenheder.
IGBT switchede shuntkompensationsheder.

Thyristorkoblede 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 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 shuntkompensationsheder

Effektelektronik-baserede energilagringsenheder

Elbeskyttelsessystemer og energilagringssystemer er de mest almindelige effektelektronikbaserede 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 med det udstyr, der forårsager problemer med elkvaliteten. De er bygget med avanceret digital behandlingsteknologi og kan styres til at fungere som strøm- 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 brandgrupper:

Strøm- og spændingskonditionering (PVC).
Statiske UPS-systemer (SUPS).
Roterende UPS-systemer (RUPS).
Kontinuerlige strømforsyningssystemer (CPS).

ESS er forbundet parallelt med det udstyr eller den facilitet, der genererer strømkvalitetsproblemer, 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 brandgrupper:

Elektriske energilagringssystemer (EESS).
Elektrokemiske energilagringssystemer (ECESS).
Mekaniske energilagringssystemer (MESS).
Hybride energilagringssystemer (HESS).

Konklusioner

Tilgængeligheden af elektrisk strøm med høj kvalitet er afgørende for driften af det moderne samfund. Nogle generatorer og forbrugere er tilfredse med kvaliteten af den leverede strøm, mens andre er mere krævende. For at undgå de enorme tab i forbindelse med problemer med elkvaliteten, skal generatorer og forbrugere tage skridt til at forhindre disse problemer. Valg af mindre følsomt udstyr kan spille en vigtig rolle. Når selv det mest robuste udstyr er berørt, skal der tages andre foranstaltninger, såsom installation af løsninger til forbedring af elkvaliteten, distribueret produktion eller omkonfiguration af elsystemet.

Anvendelser af effektelektronikløsninger til problemer med elkvalitet

Følgende tabeller viser, hvordan de forskellige effektelektronikløsninger, der i øjeblikket er tilgængelige på markedet, kan anvendes til at løse problemer med elkvaliteten i lav- og højspændingsinstallationer.

Grøn (G) mulig – Gul (Y) mulig med tekniske begrænsninger og/eller økonomiske udfordringer – Rød (R) ikke mulig

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.