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March 4, 2024
Was ist Blindleistung und wie kann sie verwendet werden, um ein zuverlässiges Stromnetz zu erzeugen?
Erinnern Sie sich an den Stromausfall im August 2003? Es war der größte in der Geschichte Nordamerikas und betraf über 50 Millionen Menschen in acht US-Bundesstaaten und zwei kanadischen Provinzen.
Der North American Electric Reliability Council stellte fest, dass ein Mangel an Blindleistung – der Energie, die benötigt wird, um den Stromfluss aufrechtzuhalten – ein wesentlicher Faktor war, der zum Stromausfall beitrug.
Erneuerbare Energiequellen wie Solarstrom liefern nicht nur Strom, sondern können auch zur Erzeugung von Blindleistung genutzt werden.
PV-Systeme unterstützen das Netz mit Blindleistung, was für das Verhindern von Stromausfällen von entscheidender Bedeutung ist.
Um Stromausfälle zu verhindern, benötigen Systeme für erneuerbare Energien auch intelligente Wechselrichter zur Steuerung des Energieflusses und der passiven Leistung von Stromnetzen. Um diesem Bedarf gerecht zu werden, haben Forscher der University of Pittsburgh intelligente Wechselrichter entwickelt, die Blindleistung und Spannung von Stromnetzen regeln.
Was ist Blindleistung?
Blindleistung ist Leistung, die zurück ins Netz gespeist wird – im Gegensatz zur Wirkleistung, die von der Last verbraucht wird.
Ähnlich wie der Druck, der Wasser durch ein Rohr pumpt, fungiert Spannung als der Druck, der elektrischen Strom durch Stromleitungen pumpt. Dazu wird Blindleistung für die Spannung benötigt.
Ohne ausreichende Blindleistung gefährden Spannungsabfälle die Netzstabilität. Insofern sorgt Blindleistung nicht aktiv dafür, dass unser Licht und unsere Elektrogeräte angehen. Stellen Sie sie sich als die Leistung vor, die das Wechselstromnetz verwendet, um den Stromfluss zu diesen Geräten aufrechtzuhalten.
Wie können wir also mehr Blindleistung erzeugen? Photovoltaik(PV)-Systeme könnten die Antwort sein. In den USA könnten die installierten Anlagen 55 Gigawatt Solarstrom erzeugen: Genug, um mehr als 10 Millionen Haushalte mit Strom zu versorgen.
Der Anschluss von PV-Strom an das Stromnetz bringt einzigartige Herausforderungen mit sich, einschließlich Überspannung, die eine Absorption der Blindleistung erfordert. Zudem kann die PV-Ausgangsleistung aufgrund von Umwelteinflüssen abfallen. Diese Spannungsschwankungen belasten ältere Energieverwaltungsgeräte und verursachen hohe Kosten für Wartung, Betrieb und Austausch.
Um diese Störungen zu mindern, verlangen Energieversorgungsunternehmen, dass PV-Systeme intelligente Wechselrichter integrieren, um Blindleistung zu erzeugen oder zu verbrauchen.
Regelung der Blindleistung durch intelligente Wechselrichter
Ähnlich wie herkömmliche Wechselrichter wandeln intelligente Wechselrichter Gleichstrom in Wechselstrom um. Der Hauptunterschied ist ihre Fähigkeit, Blindleistung aufzunehmen und abzugeben. Dieser Vorgang wird auch als Blindleistungskompensation bezeichnet.
Wenn Wechselrichter eine Blindleistungskompensation durchführen, wird Hitze erzeugt, die zu einer verkürzten Lebensdauer oder einem Ausfall des Geräts führen kann.
Die Integration von PV-Systemen mit intelligenten Wechselrichtern könnte bald zum neuen Standard werden.
Die Entwicklung der Wechselrichter erfordert in der Regel den Bau vieler Prototypen und die Durchführung langwieriger, kostspieliger Experimente. Allerdings versuchten die Forscher der University of Pittsburgh mit der Simulation diese beträchtlichen Anstrengungen zu umgehen.
Simulieren von Blindleistungsbelastungen auf intelligenten Wechselrichtern
Mithilfe von Multidomain-Systemsimulationen (jetzt in Ansys Twin Builder enthalten) entwickelten die Forscher der University of Pittsburgh elektrothermische Modelle, um die Schaltkreise und Steueralgorithmen des intelligenten Wechselrichters zu evaluieren.
Forscher optimieren intelligente PV-Wechselrichter und ermöglichen es ihnen, Blindleistungsbelastungen zu bewältigen.
Als die Forscher den Wechselrichter modellierten, entsprach die elektrische Leistung der erwarteten Leistung. Dieser Vergleich hat gezeigt, dass die Modelle genaue Vorhersagen der elektrischen und thermischen Leistung des Wechselrichters liefern.
Die Forscher führten dann Charakterisierungsstudien durch, um die Notwendigkeit zu reduzieren, physische Prototypen der thermischen Dynamik des Wechselrichters zu entwickeln, was zu erheblichen Kosteneinsparungen führte.
Die Simulationen ermöglichten es den Forschern zudem, verschiedene Designkonfigurationen zu evaluieren. Durch die Untersuchung dieser Konfigurationen konnten die Forscher den entscheidenden Kompromiss zwischen Blindleistung und Lebensdauer des Geräts optimieren.