Stabilisierung am Zwischenkreis: Droop Line-Control für VP600-Umrichter

Eine Regulierung des Spannungsniveaus unter variierenden Lastverhältnissen ist essentiell für ein effizientes Energiemanagement. Für diese technologische Herausforderung gibt es eine clevere Lösung!

Für jedes elektrische System mit verteilten Verbrauchern und Energiequellen ist es eine Herausforderung unter Last das Spannungsniveau in den vorgegebenen Parametern zu halten. Das liegt daran, dass die Spannung jeder elektrischen Energiequelle, unabhängig davon ob es sich um Batterie, Brennstoffzelle, Supercap oder Generator handelt, unter Last unterschiedlich stark einbricht. In einem effizienzoptimierten System darf das Spannungsniveau innerhalb eines definierten Rahmens schwanken. Wird der zulässige Schwankungsbereich jedoch nicht eingehalten, hat das zur Folge, dass die Verbraucher im System entweder auf einen größeren Spannungsbereich ausgelegt werden müssen oder diese Ihre Leistung nicht mehr vollständig erbringen können. In beiden Fällen leidet wenigstens der Wirkungsgrad der Verbraucher und des Systems. Im schlimmsten Fall bricht das System zusammen.

Lösungsmöglichkeiten

  • Energiequelle(n) überdimensionieren → Kostenfaktor
  • übergeordnete Steuerung mit Anbindung an alle Energiequellen und Verbraucher → Komplexität
  • Funktion in der Leistungselektronik zu Regelung der Energie im System

Technologischer Hintergrund

Ineffizienter wird das System bei einem Spannungsabfall vornehmlich durch den zunehmenden Verlust am elektrischen Widerstand für den der Strom quadratisch eingeht. D.h. steigt der Strom um das Doppelte nimmt der Verlust am elektrischen Widerstand um das Vierfache zu. Deshalb ist es ideal für ein System das Spannungsniveau möglichst stabil zu halten.

Zur Stabilisierung der Spannung in Systemen mit verteilten Verbrauchern und Energiequellen – in einem sogenannten Zwischenkreis – muss prinzipiell bei einem Spannungseinbruch die Energiequelle(n) die Spannung "anheben" und / oder die Leistung der Verbraucher reduziert werden. Da die Leistung für einen Antrieb meist nicht einfach reduziert werden kann, muss die Stabilisierung häufig von Seiten der Energiequellen stattfinden. Bei Batterien, SuperCaps und Brennstoffzellen ist dafür ein DC/DC Wandler notwendig, damit die Spannung im Bedarfsfall hochgesetzt werden kann (z.B. Produktfamilie VECTOPOWER VP5000 von ARADEX). Bei Generatoren gibt es Wechsel/Gleichrichter aus der Produktfamilie VP600, welche die Spannungsanhebung gleich mit anpassen können.

Lösung mit der Droop Line-Technologie

Damit die Abstimmung der einzelnen Systemkomponenten in einem System nicht zwingend eine zentrale Steuerung mit zusätzlichem Kommunikationsbus voraussetzt, gibt es das Droop Line-Konzept, welches bei Energiequellen die Spannung abhängig von der angeforderten Leistung regelt und bei Verbrauchern die Leistung abhängig von der Spannung begrenzen kann. Genau dieses lässt sich bei Bedarf bei den VECTOPOWER DCDC Wandlern als Funktionsmodul "Droop Line-Controlled" anwendungsspezifisch konfigurieren. Somit kann unabhängig von der Batterie, SuperCap oder Brennstoffzelle am DCDC Wandler eine Kurve vorgeben werden, die festlegt, bei welcher Leistung welche Spannung ausgegeben werden soll, damit die Spannung im Zwischenkreis nicht unter oder über Ihre Auslegung sinkt oder steigt.

Ihr Vorteil

Daraus ergibt sich eine einfache Implementierung des Energiemanagements auf Seiten der Energiequelle sowie ein mit festgesetzter Ober- und Untergrenze stabilisierter Zwischenkreis, der die Grundlage für ein effizienzoptimiertes Energiemanagement darstellt.

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