Einfluss von Leitungsimpedanzen auf verschiedene Verknüpfungspunktspannungen bei der Kompensation von Oberschwingungen durch Active Front-Ends

Abstract

Active Front-Ends besitzen die Möglichkeit neben Grundschwingungsströmen auch Oberschwingungsströme in das Netz einzuspeisen, so dass eine Kompensation von im Netz enthaltenen Harmonischen nahe liegt. Da jedoch nur deren Spannung am Anschlusspunkt zur Verfügung steht, ist dies die einzige Information des Netzes, die das Gerät erhalten kann. Ist der eigentliche Netzanschlusspunkt zudem durch eine Leitungsimpedanz vom AFE getrennt, tritt ein impedanzabhängiger Fehler bei der Kompensation auf. In diesem Beitrag wird der Einfluss der Netzimpedanz anhand eines Beispielnetzes berechnet und dabei ein sich einstellender Fehler nachgewiesen. Anschließend wird ein Verfahren zur Regelung des Stromes erläutert, mit dem die am Anschlusspunkt verfügbare Spannung von Harmonischen befreit werden kann. In einem Simulationsmodell, das mit typischen Netz- und Wechselrichterparametern arbeitet, wird die Regelung validiert und dabei der Einfluss der Netzimpedanz aufgezeigt. Ergebnis ist, dass mit Hilfe der zusätzlichen Einspeisung von Oberschwingungsströmen, die Netzanschlussspannung in Abhängigkeit von der Leitungsimpedanz verbessert werden kann. Eine in der Simulation verwendete Impedanz, die einem 1 km langem Niederspannungskabel entspricht, hat zwar einen Einfluss auf die Kompensationsgüte, sie schließt eine Kompensation jedoch nicht aus. Ein Rückgang der Spannungsverzerrung ist auch bei hoher Leitungslänge zu verzeichnen. Es besteht deshalb für Betreiber von bspw. Photovoltaikanlagen oder öffentlichen Ladestationen die Möglichkeit, eine zusätzliche Netzdienstleistung anzubieten mit der in Zeiten geringer Auslastung weiterhin gewirtschaftet werden kann. Netzbetreiber haben dabei den Vorteil, dass ohnehin im Netz vorhandene Mittel zur Verbesserung ihrer Spannungsqualität beitragen können und zusätzliche Filter nicht notwendig sind. Künftige Forschungen sind hinsichtlich des Kompensationsalgorithmus und der mathematischen sowie simulativen Betrachtung verschiedener Netzsituationen, anzustreben.