Netzrückwirkung von Netzpulsstromrichtern beim Einzel- und Parallelbetrieb in industriellen und öffentlichen Netzen (NENEP)

Anstatt von netzgeführten Gleichrichtern auf der Eingangsseite von elektronischen Lasten sind zunehmend selbstgeführte Stromrichter zu finden. Zum Einen treibt die Energieknappheit die Suche nach neuen, effizienteren Technologien voran. Der Anteil der Erzeuger, die über Netzpulsstromrichter ins Netz einspeisen, steigt rapide an. Die sind Solarwechselrichter, Windkraftwechselrichter, Blockheizkraftwerke, usw. Andererseits gibt es auch im Bereich der Verbraucher einen Wandel. Insbesondere bei Antriebsumrichtern wird nach heutigem Stand überschüssige Energie (Bremsenergie) in den meisten Fällen über einen Widerstand in Wärme umgewandelt. Oft muss weitere Energie aufgewendet werden in Form von aktiver Kühlung um diese Wärme abzuführen. Dies stellt eine Verschwendung der ohnehin knappen Energieressourcen dar. Diese Tatsache erfordert ein Nachdenken über rückspeisefähige Lösungen, wie sie mit Netzpulsstromrichtern realisiert werden können. Zum Anderen verhalten sich die Netzpulsstromrichter bezüglich der Netzrückwirkungen anders als ungesteuerte Brücken. Gleichrichtbrücken haben einen erheblichen Oberschwingungsgehalt im Strom. Mit steigender Population im Netz überlagern sich auch die Oberschwingungen. Diese sind unerwünscht, da das Netz und die Generatoren deutlich größer ausgelegt werden müssen, als notwendig. Insbesondere in Inselnetzen wie Schiffen und Flugzeugen werden daher oft keine ungesteuerten Gleichrichter eingesetzt. Netzpulsstromrichter haben zwar auch Netzrückwirkungen, diese überlagern sich aber nicht zwangsläufig. Dem flächendeckenden Einsatz von Netzpulsstromrichtern in der Antriebstechnik im Leistungsbereich bis 30 kW stehen einige Gründe entgegen: Der finanzielle Mehraufwand in Form von mehr Halbleiterbauelementen, einer zusätzlichen Regelung und dem Aufwand für Netzdrossel und Netzfilter. Des Weiteren gibt es zur Zeit keine Norm für die Netzrückwirkungen in dem von Netzpulsstromrichtern häufig verwendeten Frequenzbereich (2 kHz - 9 kHz). Dies schafft Auslegungsunsicherheit. Das Forschungsprojekt NENEP (Netzrückwirkungen von Netzpulsstromrichtern im Einzel- und Parallelbetrieb in industriellen und öffentlichen Netzen) setzte genau an dieser Stelle an. Es wurde die Reduktion der Netzrückwirkungen von Netzpulsstromrichtern untersucht. Dazu wurden zunächst die Verhältnisse in den Niederspannungsnetzen analysiert. Dazu gehörten sowohl die Netzimpedanzen als auch die Oberschwingungen als Grundlage für künftige Normungsvorschläge. Es wurde gezeigt, dass sowohl im Einzelbetrieb als auch im Parallelbetrieb die Reduktion der Netzrückwirkungen möglich ist. Im Einzelbetrieb trägt einerseits eine geeignete Reglereinstellung und andererseits auch eine Netzimpedanzidentifikation mit einhergehender Resonanzvermeidung zur Reduktion bei. Es wurde dargestellt, dass auch im Parallelbetrieb von Netzpulsstromrichtern mittels geeigneter Pulsung die Netzrückwirkungen erheblich verringert werden können Die Reduktionen der Netzruckwirkungen tragen zu Verringerung der Kosten für ein Gesamtsystem bei.