Die sichere Elektroenergieversorgung stellt an Einspeisung, Entnahme und Verbrauch elektrischer Energie hohe Anforderungen, die unter dem Begriff „Power Quality“ zusammengefasst werden können. Wichtige Applikationen sind hier z. B. die regelkonforme und vergleichmäßigte Einspeisung aus erneuerbaren Energien dezentral erzeugter Elektroenergie in das Versorgungsnetz, die Begrenzung von Netzrückwirkungen bei der Energieentnahme und der Schutz sensibler Verbraucher vor Versorgungsausfällen. 

SEMIKRON bietet für jede dieser Applikationen optimal geeignete Leistungsmodule an, mit denen die hohen bestehenden Anforderungen zuverlässig und kostengünstig erfüllt werden können.
Um Abmessungen, Gewicht und Kosten von Netzfiltern und Übertragern zu reduzieren sowie Netzrückwirkungen zu minimieren, werden möglichst hohe Taktfrequenzen angestrebt. Mittels 3-Level -IGBT-Modulen in NPC- und TNPC-Topologie, die SEMIKRON in den Produktgruppen SKiM, SEMITRANS, MiniSKiiP und SEMITOP für einen weiten Leistungsbereich anbietet, können hohe Taktfrequenzen bei vergleichsweise niedrigen Schaltverlusten erzielt werden.

Weiterführende Informationen

Prinzipschaltbild eines aktiven Netzfilters

Aktive Netzfilter (Power Quality Management)

Vor allem Betreiber von Industrieanlagen und Bahnnetzen setzen aktive Netzfilter mit IGBT-Modulen ein, um die Forderungen der Energieversorger hinsichtlich geringer Netzrückwirkungen zu erfüllen. Die Applikationen umfassen einen weiten Leistungsbereich zwischen 1 kVA und mehreren MVA mit parallelgeschalteten Stromrichtern. Aktive Netzfilter sind gesteuerte Stromquellen, die Strom in beliebiger Amplitude, Frequenz und Phasenlage in das Netz einspeisen können, um durch den Verbraucher verursachte Oberschwingungen und Blindleistung zu kompensieren. Ihre Topologie ist ein Wechselrichter mit Gleichspannungszwischenkreis, der über einen Filter mit dem Netz verbunden ist.

Durch permanenten Vergleich von Strom-Istwert im Netz und Sollwert wird ermittelt, welche Energie aus den Zwischenkreiskondensatoren über den Wechselrichter separat je Phase ins Netz eingespeist werden muss. Um hohe Regeldynamik zu erreichen, werden möglichst hohe Taktfrequenzen benutzt.

Systemgröße und Entladezeit von Speichersystemen für elektrische Energie

Elektroenergiespeicher (Energy Storage) 

Die Applikation „Energy Storage“ umfasst sehr vielfältige Einsatzfelder, z. B.:

  • Überbrückung von Versorgungsausfällen zum Schutz sensibler Verbraucher mittels USV-Systemen (Uninterruptible Power Supplies),
  • Elektroenergiespeicherung für kurzzeitige Entnahme zur Stützung von Windenergie- und PV-Solaranlagen bei Netzstörungen sowie Ausgleich von kurzzeitigen Erzeugungsdefiziten,
  • Speicherung großer Energiemengen für längere Stützung eines begrenzten Versorgungsnetzes oder zur Ermöglichung der Netzintegration von Erzeugern mit nicht planbarer, ungleichmäßiger Stromerzeugung.

    Abhängig von Speichervolumen und Entladezeit speichern heute bekannte Speichersysteme Elektroenergie entweder direkt (z. B. Batteriespeicher, Kondensatorspeicher, supraleitende Magnetfeldspeicher) als mechanische Energie (Schwungradspeicher, Pumpspeicher, Druckluftspeicher) oder z. B. in Form von elektrolytisch erzeugtem Wasserstoff.

    Am bekanntesten sind heute Batteriespeicher mit Blei- NaS, Redox-Flow oder Li-Ionen Akkumulatoren in Form von USV-Systemen.

    3 Level Wechselrichtertopologien NPC und TNPC

    USV-Systeme

    Standard-USV-Anlagen für den privaten und industriellen Einsatz im Leistungsbereich von etwa 1 kW bis 1 MW besitzen neben anderen Funktionen einen - meist dreiphasigen -  IGBT-Wechselrichter als DC/AC-Wandler. Derzeit gibt es sehr viele unterschiedliche Topologien von Wechselrichtern für USV-Systeme auf dem Markt. Lösungen mit 3-Level-Topologien gewinnen verstärkt an Bedeutung, um einen hohen Wirkungsgrad zu erzielen, der bei USV-Systemen ein wesentliches Verkaufsargument ist. Aufgrund des 3-stufigen Verlaufes der Ausgangsspannung hilft die 3-Level-Topologie außerdem, durch geringe Netzoberschwingungen den Filteraufwand zu reduzieren.

    SEMIKRON-Produkte für die Stromversorgung