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Modellieren und Erzeugen von Netzqualitätsstörungen

Die Überwachung der Netzqualität (Power Quality, PQ) im Stromversorgungssystem ist eine wichtige Aufgabe für Energieversorger und deren Kunden. In einem Stromversorgungssystem führen verschiedene Arten von Fehlern zu Störungen der Netzqualität. Der Betrieb der Stromversorgung kann durch eine systematische Analyse der Netzqualitätsstörungen verbessert und aufrechterhalten werden.
Die Stromversorgung ist für den Betrieb mit einer sinusförmigen Spannung mit einer konstanten Frequenz ausgelegt. Netzqualitätsstörungen entstehen dann, wenn sich die Größe der Spannung, die Frequenz und/oder Wellenformabweichung aufgrund verschiedener Arten von Fehlern wie nichtlinearen Lasten, Schalten von Lasten, Witterungseinflüsse usw. erheblich ändern.
Die Auswirkungen einer schlechten Netzqualität hängen von der Dauer, dem Ausmaß sowie der Empfindlichkeit der angeschlossenen Geräte ab. Eine schlechte Netzqualität kann zu Prozessunterbrechungen, Datenverlust, Fehlfunktionen von computergesteuerten Geräten und Überhitzung elektrischer Geräte führen.
Es ist wichtig, Störungen der Netzqualität zu erkennen und zu klassifizieren. Eine Vielzahl von Wellenformen kann durch Simulationen erzeugt werden und für Störungserkennung und Klassifizierung nützlich sein.
Die Wellenformen der möglichen Störungen werden in dieser Beschreibung durch mathematische Modelle erstellt. Für die Modellierung und Erzeugung von Signalen zur Analyse der Ereignisse im Stromversorgungssystem steht der dreiphasige Signalgenerator EPOS 360 und die EPOS-Bediensoftware zur Verfügung.

Die mathematischen Modelle der Netzqualitätssignale können in der EPOS-Bediensoftware mittels des Moduls „Signaleditor“ umgesetzt und mit dem Signalgenerator EPOS 360 generiert werden. Die Verwendung von Gleichungen bietet Vorteile, da es möglich ist, Signalparameter in einem weiten Bereich und auf kontrollierte Weise zu variieren.
Die folgenden Bilder zeigen die verschiedenen Netzqualitätssignale, welche über das Modul Signalgenerator definiert wurden.

Ideale Spannungs-/Stromquelle
Eine ideale Wechselspannungsquelle generiert eine kontinuierliche, glatte Sinusspannung.

Spannungsschwankungen
Ein Absinken (Unterspannung) oder Ansteigen (Überspannung) der Netzspannung von mindestens ½ Zyklus bis zu mehreren Sekunden.

Spannungsunterbrechungen
Eine erhebliche oder vollständige Spannungsunterbrechung. Die Unterbrechung kann kurzzeitig aber auch dauerhaft sein.

Oberschwingungen
Verzerrung der Spannungs- und Stromwellenformen, die beispielsweise durch Betrieb von nichtlinearen Lasten verursacht werden.

Transienten
Eine plötzliche Störung der Netzspannung, die typischerweise weniger als eine Periode dauert und die Wellenform demzufolge unstetig wird.

In diesem Beitrag wurde die Grundlage zur Erzeugung von typischen Netzqualitätsstörungen vorgestellt. Diese Lösung zur Signalerzeugung umfasst den Signalgenerator EPOS 360, der von einem PC mit der EPOS-Bediensoftware unterstützt wird. Die Software enthält das Modul Signaleditor, über die die Parameter wie Amplitude, Phasenwinkel und Frequenz für die Signalerzeugung angepasst werden können. Weiterhin bietet das Modul Signaleditor viele weitere Funktionen zur Anpassung der grundlegenden Parameter, wie zum Beispiel Offsets, Überlagerungen und Oberwellen.
Durch die Hard- und Softwarefunktionalität ist es sehr einfach, die Erzeugung diverser Wellenformen durchzuführen. Die Generierung der zuvor definierten Wellenformen wird von vier Spannungs- und drei Stromausgangskanälen des EPOS 360 bereitgestellt.
Der Signalgenerator kann somit in Verfahren zur Überprüfung von Instrumenten und Geräten zur Netzqualitätsmessung und -analyse verwendet werden.

Für weitere Informationen stehen Ihnen die folgenden Applikationsberichte zur Verfügung:

  1. Dreiphasiger Signalgenerator für präzise Netzsimulationen
  2. Signalgenerator EPOS 360 – Ein Labor für Netzqualität

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