Wie verbessert ein fester Spannungswandler die Effizienz des Smart Grids?
Festkörperspannungswandler (SST), auch als "intelligente Spannungswandler" bekannt, sind moderne elektrische Geräte, die bidirektionale Energieflüsse ermöglichen. Sie integrieren leistungsfähige Halbleiterkomponenten, Steuerungsschaltungen und herkömmliche Hochfrequenztransformator, bieten mehrere Funktionen wie Blindleistungskompensation und Harmonischerregelung. SSTs erfüllen eine breite Palette von Anwendungsbereichen, von dezentraler Erzeugung bis hin zu Traktionslokomotiven, Stromnetzen und industriellen Energiesystemen. Ihre Anwendungen reichen über die Spannungsumwandlung hinaus, um einen reibungslosen Übergang von Wechselstrom zu Gleichstrom und von Gleichstrom zu Wechselstrom zu ermöglichen. Allerdings ist die dezentrale Erzeugung die primäre Anwendung von Festkörperspannungswandlern.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Transformatoren können Festkörperspannungswandler DC-Ausgänge in den erforderlichen Spannungsstufen liefern. In einem typischen SST wird eine Eingangsspannung über einen Leistungselektronikwandler in ein hochfrequentes AC-Signal umgewandelt und dann in die Primärseite eines Hochfrequenztransformators eingespeist. Auf der Sekundärseite wird der umgekehrte Prozess durchgeführt, um das gewünschte AC-, DC- oder beides für die Last zu erzeugen. Die Hochfrequenz-Energietransfer reduziert signifikant das Gewicht und die Größe des Transformators.
Viele Vorteile von Festkörperspannungswandlern resultieren aus dieser Größenreduzierung. Heute ist die Installation herkömmlicher Transformatoren keine einfache Aufgabe – Aspekte wie Transport, Standortvorbereitung, Installation und Transmissionskosten erhöhen alle das Projektbudget. Im Gegensatz dazu können kleinere und kostengünstigere Festkörperspannungswandler leicht in kleinen Solaranlagen oder Containern installiert werden. Die schnellere Schaltgeschwindigkeit der Festkörperbauelemente ermöglicht es den Energieversorgungsunternehmen, mehrere Energiequellen, die in das Netz eingeführt werden, besser zu verwalten, da mehr Transformatoren bereitgestellt werden können, um die Energiequalität zu steuern und fein abzustimmen.
SSTs werden auch als Power Electronic Transformers (PET) oder Electronic Power Transformers (EPT) bezeichnet. Es handelt sich dabei um intelligente Geräte, die Leistungselektronik-Wandlungstechnologien nutzen, um Spannungsumwandlung und Energieübertragung zu erreichen.
Ihr grundlegendes Prinzip wird wie folgt illustriert: Zunächst wird ein Netzfrequenz-AC-Signal durch einen Leistungselektronikwandler in ein hochfrequentes Rechtecksignal umgewandelt. Das Signal wird über einen Hochfrequenzisolations-transformator übertragen und dann durch einen weiteren Leistungselektronikwandler zurück in ein Netzfrequenz-AC-Signal umgewandelt. Dieser gesamte Prozess wird durch die Steuerung der Leistungselektronik-Schaltvorrichtungen über einen Controller gesteuert.
Basierend auf diesem Arbeitsprinzip sind die Vorteile von Festkörperspannungswandlern gegenüber herkömmlichen Transformatoren offensichtlich:
Die Verwendung von Hochfrequenztransformatoren anstelle von Netzfrequenztransformatoren reduziert erheblich Größe und Gewicht.
Mit geeigneter Steuerung kann auf der Eingangsseite ein Einheits-Leistungsfaktor erreicht, Blindleistung von der Lastseite absorbiert, harmonische Ströme blockiert, bidirektionale harmonische Propagation unterdrückt und die Energiequalität effektiv verbessert werden.
Es kann den Einfluss von Über- oder Unterspannung auf der Quellseite auf die Spannung auf der Lastseite eliminieren, wodurch eine stabile Spannungsmagnitude, Frequenz und Wellenform auf der Lastseite gewährleistet wird.
Es verfügt über AC- und DC-Schnittstellen, was die Netzintegration von dezentralen Erzeugungssystemen und die Verbindung von DC-Lasten erleichtert.
Die vollständige digitale Steuerung ermöglicht die einfache Erfassung von Netzdaten und Netzwerk-Kommunikation, ermöglicht die Steuerung des Energiestroms und kann in Zusammenarbeit mit Flexible AC Transmission Systems (FACTS) arbeiten, um die Netzstabilität und -zuverlässigkeit zu verbessern.
Offensichtlich sind Festkörperspannungswandler besser geeignet, um die Anforderungen intelligenter Netze zu erfüllen und können die personalisierten Anforderungen der Nutzer an Energieversorgungssysteme effektiver erfüllen.
