Netzsimulatoren
Die Prüfung von Geräten, die an das Stromnetz angeschlossen sind, ist mit einigen Herausforderungen und Sicherheitsbetrachtungen verbunden. Dieser Blogbeitrag zeigt auf, wie diese Tests sicher und effizient durchgeführt werden können.
Netzsimulatoren bieten eine Lösung für die 3 wichtige Testszenarien:
1. Prüfung von Geräten auf Leistung und Konformität, die über das Stromnetz versorgt werden
2. Prüfung von Geräten auf Leistung und Konformität, die Energie in das Netz einspeisen
3. Test von Geräten, die sowohl 1. als auch 2. vereinen.
Dieser Blog beleuchtet die oben aufgeführten Anwendungsfälle jeweils anhand eines Beispiels und schließt mit einem kurzen Produktvorschlag und einer Diskussion der Funktionen eines Netzsimulators.
Szenario 1: Geräte, die Energie aus dem Stromnetz beziehen
Alles, was am Netz angeschlossen ist und Leistung aus dem Netz bezieht, muss getestet werden, um unter sämtlichen Netzbedingungen wie Spannungsspitzen, Spannungsabfällen, kurzen oder langen Unterbrechungen, Unter- und Überspannungen und Frequenzabweichungen ordnungsgemäß zu funktionieren. Darüber hinaus muss ein «Universal-» Netzteil, das für den Betrieb mit 110 VAC/60 Hz und 240 VAC/50 Hz ausgelegt ist, für den gesamten spezifizierten Versorgungsbereich unter den oben genannten Netzfehlerbedingungen getestet werden.
Szenario 2: Geräte, die Energie in das Stromnetz einspeisen
Bei Anwendungen wie Wechselrichtern für erneuerbare Energien, Vehicle-to-Grid (V2G)-Anlagen, Energiespeichersystemen oder unterbrechungsfreien Stromversorgungssystemen (USV) muss die erzeugte Wechselspannung auf Funktion, Sicherheit (z. B. Inselbildungsschutz) und Einhaltung von Normen geprüft werden.
Ein wesentlicher Teil dieser Prüfung wird durch einen Netzsimulator abgedeckt, der ein isoliertes bidirektionales Netz mit vollständiger Sichtbarkeit aller Parameter wie Leistungsfaktor, Frequenz, Spannungen, Oberschwingungen und vielem mehr bietet.
Ein Testaufbau für einen Wechselrichter könnte wie folgt aussehen:
Das Verhalten des Wechselrichters ("Testobjekt") kann unter beliebigen Netzbedingungen und simulierten Netzausfallmodi getestet werden.
Szenario 3: Eine Kombination von Szenario 1 und 2
Dieser Anwendungsfall ist einfach die Kombination der beiden oben beschriebenen Szenarien, die zu einem bidirektionalen Netzanschluss führt, der sowohl Strom aus dem Netz verbrauchen als auch Strom in das Netz einspeisen kann.
Ein vollständiger bidirektionaler Wechselrichter- und Batteriesteuerungsgeräte Testaufbau könnte wie folgt aussehen:
Die Produktlösung
Eine kürzlich erschienene Lösung für Grid-Simulatoren ist die IT7900P-Familie von ITECH, die zu einem sehr attraktiven Preis eine Fülle von Funktionen bietet.
Einzelne Einheiten in der Grösse 19" / 3U und decken 5kVA bis 15kVA ab. Eine höhere Leistung von bis zu 960kVA kann durch die Parallelschaltung von 15kVA-Geräten erreicht werden. Lösungen mit höherer Leistung können in Racks vorinstalliert, fertig getestet und somit einsatzbereit geliefert werden.
Parameter Features
- Fortschrittliche SiC-Technologie
- Hohe Leistungsdichte, bis zu 15 kVA in 3U
- Spannung bis zu 350V L-N / 600V Phase zu Phase
- Automatische Leistungsverteilung in Master- und Slave-Konfiguration, Parallelkonfigurationen bis zu 960 kVA *1
- Hocheffiziente Energierückspeisung
- Umfassende Betriebsarten wählbar: einphasig, dreiphasig, mit umgekehrter Phase und mehrkanalig, Spannungserweiterung auf 200% der Nennspannung im invertierten Betrieb
- Unterstützung der drei Wellenformmodi LIST/SWEEP/Surge & Sag
- Umfangreiche integrierte Wellenformdatenbank
- Oberschwingungssimulation und Analysefunktion bis zur 50. Harmonischen, integrierte IEC61000-3-2/3-12 *2
- Beliebige Wellenformausgabe, unterstützt CSV-Dateiimport Wellenform.
- Phasenwinkel 0-360°
- Einfach zu bedienende Touchscreen UI-Schnittstelle.
- Eingebaute USB/CAN/LAN/Digital IO-Schnittstelle, optional GPIB/analog & RS232
- Vollständige Schutzfunktionen, einschließlich automatischer Löschung, POVP, Watchdog, etc. Stromquellen-Modus
- Unterstützung von Modbus, LXI, SCPI-Kommunikation
Source Features
• Regenerativer Netzsimulator und vollständige 4-Quadranten-AC&DC-Stromquelle
• Frequenz: 16-2400Hz *4
• Leistungsverstärkerfunktion für PHiL-Anwendungen
• Inselbildungs-Schutz Testmodus, Unterstützung für programmierbare R-, L-, C- und Wirk-/Blindleistungseinstellungen *7
• Vier Ausgangsmodi: AC/DC/AC+DC/DC+AC
• Mehrkanalige Funktion, ein einziges Gerät kann 1-3 Prüflinge gleichzeitig prüfen *5
• Programmierbare Ausgangsimpedanz, Simulation der realen Impedanz Harmonische/Interharmonische Synthese
• Frequenz- und Phasenverriegelungsfunktion für 6- und 12-phasige Ausgangskonfigurationen
• Konformitätstests einschließlich LVRT/Phasensprung/Frequenzvariation/Harmonische Injektion
• Regulatorische Tests umfassen IEC61000-4-11/4-13/4-14/4-28
• Bietet eine umfangreiche Trigger-Konfiguration, synchrone Erfassung von Spannungssignalen, Datenerfassung und Simulationsfunktionen
• Die optionale Software unterstützt die Vorprüfung von zivilen Avionik-/Elektroschiffen im Hinblick auf die multinationalen Sicherheitsnormen. *3
Load Features
• Regenerative 4-Quadranten-AC&DC-Volllast
• Frequenz: 16-500Hz
• Der AC-Modus unterstützt mehrere CC/CP/CR/CS/CC+CR/CE-Betriebsarten, und der CE-Modus kann eine Vielzahl von Schaltungstopologien wie Einphasen-Gleichrichter RLC und Shunt RLC simulieren.
• Der DC-Modus unterstützt 9 Betriebsarten, einschließlich CC/CR/CP/CV
• Der AC-Modus unterstützt sowohl gleichgerichtete als auch nicht gleichgerichtete Modi. Einstellbarer Scheitelfaktor: 1,414 ~ 5,0
• Bereich der Phasenverschiebungsfunktion: -180° ~ +180° *6
• Die Funktion Leistungsfaktor 1 ermöglicht es, dass die Stromwellenform mit der Spannungswellenform variiert und der Leistungsfaktor so nah wie möglich an 1 liegt.
• Unterstützt die Steuerung des Entladungswinkels, 0-359° einstellbar
*1 For 1U/2U models, max.16 units can be parallel connected, for 3U models max.64 units can be parallel connected.
*2 Voltage/current harmonic analysis, voltage harmonic simulation in source mode, current harmonic simulation in load mode, fundamental wave≤60Hz
*4 In grid simulator and island simulation mode, 16~150Hz
*5 Not available for single-phase models
*6 After the rectification function is turned on, the setting range of the phase shift is restricted by the crest factor
*7 Not available for multi-channel mode
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