Harmonik in modernen Energiesystemen: Definition, Ursachen und Lösungen

Harmoniken verstehen: Ein wachsendes Anliegen in den Energiesystemen

Da sich moderne Stromversorgungssysteme mit rasanten Fortschritten in der Leistungselektronik entwickeln, wird ein Problem immer wichtiger, das aber oft übersehen wird: Harmoniken.Die Integration von Hochleistungs-Halbleitergeräten wie Thyristor, MOSFETs und IGBTs hat zu einem signifikanten Anstieg der nichtlinearen Belastungen über Stromnetze geführt. Diese Belastungen verzerren die sinusförmige Natur von Strom- und Spannungswellenformen,Das Ergebnis sind Harmoniken, eine große Herausforderung für die Leistungsqualität, die nicht länger ignoriert werden kann..

In früheren Systemen, in denen lineare Belastungen vorherrschten, war die Stromqualität weitgehend in der Verantwortung des Versorgungsunternehmens.Leistungsqualitätsindikatoren wie HarmonikenEin klares Verständnis der Harmoniken ist für alle, die sich mit Systemdesign, Betrieb oder Fehlerbehebung befassen, unerlässlich.

1Was sind Harmoniken?

Gemäß der chinesischen nationalen Norm GB/T 24337 (Stromqualität - Interharmonik in öffentlichen Stromnetzen)Harmonik definiert als die Komponenten eines elektrischen Signals, deren Frequenzen ganzzahlige Vielfache der Grundfrequenz des Systems sind.

In China ist die Standard-Gitterfrequenz 50Hz. Harmoniken bei 100Hz, 150Hz, 200Hz usw. werden daher als 2., 3., 4. Harmonik usw. bezeichnet.

Nach Reihenfolge: Positive Sequenz, negative Sequenz und Nullsequenz.

Nach Frequenzmultiplikator:

• Harmonik der ungeraden Ordnung(Dritter, fünfter, siebter usw.)
• Harmonik der geraden Ordnung(zweiter, vierter, sechster usw.)

In der Praxis treten seltsame Harmoniken häufiger auf und können über System-Backend-Daten oder Tools zur Analyse von Wellenformen überwacht werden.

2Was verursacht Harmonik?

Harmonik entsteht typischerweise, wenn Sinusspannungen auf nichtlineare Belastungen angewendet werden.

• Leistungselektronische Ausrüstung: Variable Frequency Drives (VFDs), Richter und Wechselrichter, die dominante 3., 5., 7. und höhere Harmoniken erzeugen.
• Industrieanlagen: Bogenofen, Leuchtstoffbeleuchtung und Induktionsheizungen.

Diese Geräte stören die lineare Beziehung zwischen Spannung und Strom und verursachen Wellenformverzerrungen und die Einspritzung harmonischer Ströme in das System.Ausfall der Isolierung, Ausrüstungsstörungen, Fehlzüge und sogar weit verbreitete Systeminstabilität.

In den letzten Jahren hat das Wachstum erneuerbarer Energiesysteme (z. B. PV und Wind) dazu geführt, dass mehr Wechselrichter und Umrichter in das Netz eingeführt wurden.Erhöhung des harmonischen Fußabdrucks und Erhöhung der Anforderungen an die moderne Steuerung des Stromsystems.

3Wie man die Harmonik abschwächt: Eine vielschichtige Strategie

Eine wirksame harmonische Minderung erfordert eine Kombination aus proaktivem Design, strategischer Ausrüstungsauswahl und Korrekturtechnologien.

(1) Steuerung an der Quelle: Die kostengünstigste und gründlichste Methode: Durch die Optimierung des Lastentwurfs und die Auswahl von Geräten mit niedrigen Harmoniken kann die Erzeugung von Harmoniken an der Quelle minimiert werden.

(2) Schutz der Ausrüstung: Bei empfindlichen Geräten ist eine Isolierung oder eine Abmilderung von elektromagnetischen Störungen (EMI) anzuwenden, um die Auswirkungen von Harmoniken zu verringern.

(3) Filterlösungen:

• Passivfilter: kostengünstig und geeignet für die Filterung spezifischer Festfrequenzharmoniken.
• Aktive Filter: Vielseitiger und effektiver in dynamischen Umgebungen, aber mit höheren Kosten.

Anmerkung: Der Filteransatz muss sorgfältig geprüft werden, um eine mögliche Resonanz mit dem Gitter zu vermeiden.

Schlussfolgerung

Harmonische Verzerrungen sind ein immer dringenderes Problem in modernen Energiesystemen.und die Abmilderung von Harmoniken müssen zu einer Standardpraxis für Ingenieure und Energiefachleute werdenMit dem richtigen Wissen und den richtigen Werkzeugen kann die Stromqualität gewährleistet werden, wodurch sowohl die Zuverlässigkeit als auch die Effizienz in den Stromnetzen der nächsten Generation gewährleistet werden.

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