Droht eine Krise der Stromqualität? Das APView Online-Überwachungsgerät für Stromqualität liefert präzise Diagnosen für Oberschwingungen, Flicker und Spannungseinbrüche!

I. Aktueller Stand der Netzqualitätsüberwachung in verschiedenen Branchen

1.1 Windenergieerzeugung: Oberschwingungen (Fehlanpassung zwischen Generatoren und leistungselektronischen Geräten); Spannungsabweichungen (An- und Abschalten von Windkraftanlagen); Frequenzabweichungen treten in kleinen isolierten Stromnetzen auf.

1.2 Solarstromerzeugung: Oberschwingungen (Wechselrichter); Spannungsschwankungen und -flimmern (zufällige Schwankungen der Ausgangsleistung); Gleichstromkomponente (Wechselrichter).

1.3 Rechenzentren: Oberschwingungen (Schaltnetzteile, USV-Anlagen, Frequenzumrichter).

1.4 Petrochemische Industrie: Hohe Empfindlichkeit gegenüber Spannungsschwankungen, d. h. „kurzzeitigen Spannungseinbrüchen“ (die zum Abschalten petrochemischer Anlagen führen können); Spannungseinbrüchen (verursacht durch große Motoren und Motorgruppen).

1.5 Metallurgische Industrie: Oberschwingungen (Drehzahlregler von Walzwerken und großen Gebläsen); Spannungsschwankungen (Lichtbogenöfen).

1.6 Halbleiterindustrie: Hohe Empfindlichkeit der Geräte.

II. Bedarfsanalyse der Netzqualitätsüberwachung

Mit zunehmender Automatisierung der Elektrotechnik steigt der Anteil nichtlinearer Lasten, die durch Leistungselektronik wie Gleichrichtung, Wechselrichter und Frequenzumrichter realisiert werden, stetig an. Gleichzeitig verschlechtert sich die Stromqualität aufgrund unvollkommener Regelungsverfahren und externer Störungen. In Wirtschaftsunternehmen kommen zahlreiche computer- und mikroprozessorgesteuerte Präzisionselektronikgeräte zum Einsatz, die zunehmend auf die Stromqualität reagieren und höhere Anforderungen daran stellen. Daher sind Stromqualitätsprobleme und deren Lösungen zu einem zentralen Forschungsschwerpunkt geworden.

Die Maßnahmen zur Verwaltung der Stromqualität (vorläufig) legen fest, dass die Verwaltung der Stromqualität dem Grundsatz „Standardvorgaben, Prävention vor allem und umfassende Maßnahmen“ folgen soll. Stromerzeuger, -versorger und -verbraucher müssen das Konzept der aktiven Prävention und Kontrolle der Stromqualität während des gesamten Projektprozesses – von der Planung über den Entwurf und Bau bis zum Betrieb – umsetzen, um gemeinsam ein sicheres Stromnetz zu gewährleisten.

Zur Verbesserung der Stromqualität im Stromnetz ist es zunächst notwendig, eine genaue Erfassung und Analyse der Stromqualität durchzuführen, den Stromqualitätsgrad des Stromnetzes zu messen, die Ursachen verschiedener Stromqualitätsprobleme zu analysieren und zu bestimmen, um so eine Grundlage für die Verbesserung der Stromqualität zu schaffen.

III. APVIEW-SERIE STROMQUALITÄTSANALYSATOR

1. Überwachungsfunktionen – Stationäre Überwachung

Messung von Spannung, Strom, Leistung, elektrischer Energie usw.; Spannungsabweichung; Spannungsunsymmetrie; Stromunsymmetrie; Oberschwingungsspannung/Oberschwingungsstrom; Zwischenharmonische Spannung/Zwischenharmonischerstrom; Oberschwingungsleistung; Oberschwingungsphasenwinkel; Klirrfaktor (THD); Hochfrequenzoberschwingungen; Spannungsschwankungen und -flimmern; schnelle Spannungsänderungen. Die Überwachungsdaten werden auf der Geräteoberfläche angezeigt und ermöglichen die Anzeige von Echtzeit- und Fehlersignalverläufen.

2. Überwachungsfunktionen – Transientenüberwachung

Erfassung von Spannungseinbruchereignissen, Lokalisierung der Spannungseinbruchquellen und Analyse von Toleranzkurven gegenüber Spannungseinbrüchen.

Kurzzeitunterbrechung: Ein Phänomen im Stromnetz, bei dem der Effektivwert (RMS) der Netzfrequenzspannung an einem bestimmten Punkt plötzlich unter 0,1 pu fällt und sich dann nach einer kurzen Dauer von 10 ms bis 1 min wieder normalisiert.

Spannungseinbruch: Ein Phänomen im Stromnetz, bei dem der Effektivwert der Netzfrequenzspannung an einem bestimmten Punkt plötzlich auf den Bereich von 0,1 pu bis 0,9 pu abfällt und sich dann nach einer kurzen Dauer von 10 ms bis 1 min wieder normalisiert.

Spannungsanstieg: Ein Phänomen im Stromnetz, bei dem der Effektivwert der Netzfrequenzspannung an einem bestimmten Punkt vorübergehend auf den Bereich von 1,1 pu bis 1,8 pu ansteigt und dann nach einer kurzen Dauer von 10 ms bis 1 min wieder auf den Normalwert zurückkehrt.

Durch die Erfassung von Daten wie Wellenformen und elektrischen Parametern während des Auftretens und der Beendigung von Fehlern wird die Methode der äquivalenten Impedanz verwendet, um den Ort von Impedanzänderungen zu identifizieren und zu analysieren, um festzustellen, ob die Quelle des Spannungseinbruchs auf der Leitungsseite oder auf der Sammelschienenseite liegt.

3. Überwachungsfunktionen – Sofortüberwachung

Überwachung von Spannungs- und Stromtransienten. Ereignisprotokolle und Fehleroszillogramme zum Zeitpunkt des Fehlers können auf der Geräteschnittstelle und im Webterminal angezeigt werden.

ÜbergangszustandBezeichnet eine einzelne Spannungs- und/oder Stromänderung im stationären Zustand mit einer Dauer von weniger als einigen Perioden. Sie umfasst im Allgemeinen zwei Arten von Phänomenen, nämlich impulsive und oszillatorische Transienten.

4. Überwachungsfunktionen – Fehlerwellenformen

Spannungsabweichung, Frequenzabweichung, Spannungsanstieg, Spannungseinbruch, kurzzeitige Spannungsunterbrechung und Spannungstransiente.

COMTRADEist ein Datendateiformat, das sich für transiente Wellenformen und Ereignisdaten aus Modellen von Stromversorgungssystemen eignet.

5. Überwachungsfunktionen – Aufzeichnung und Speicherung

PQDIF-Datenspeicherung, Datenexport, Ereignisaufzeichnungen als PQDIF-Formatdateien gespeichert und komprimierte Dateien von Steady-State-Daten innerhalb von 2 Stunden.

Die Speicherkapazität des Chips beträgt 32 GB und ermöglicht so die Echtzeitspeicherung von Messdaten. Die 1-Minuten-Daten (einschließlich Mittelwert, Maximalwert, Minimalwert, 95%-Wahrscheinlichkeitswert und Effektivwert) können bis zu drei Monate lang auf dem Gerät gespeichert werden. Anschließend werden die Daten nach dem FIFO-Prinzip (First In, First Out) aktualisiert.

Der Datentyp PQDIF entspricht den Spezifikationen des DL/T 1608-Standards für den Datenaustausch zur Netzqualität und ist 90 Tage lang speicherbar. Die vom Gerät aufgezeichneten PQDIF-Daten und Fehleroszillogrammdaten können lokal per FTP-Protokoll gespeichert werden.

6. Überwachungsfunktionen – Webserver

Stationäre Überwachung, transiente Überwachung, Momentanüberwachung, Fehleroszillographie, Statistiken zur Qualifikationsrate usw.

IV. Anwendungsfälle der Online-Überwachung der Stromqualität

4.1 Halbleiterindustrie – Ein High-End-Halbleiterwafer-Forschungs- und Fertigungsprojekt in Shanghai

Projektanforderungen

Der Kunde ist hauptsächlich in der Forschung und Entwicklung, der Produktion und dem Vertrieb hochwertiger Halbleiterwafer sowie im Import und Export von Waren und Technologien tätig. Der Einsatz von Online-Überwachungsgeräten zur Netzqualitätsmessung konzentriert sich auf die Überwachung von Spannungsspitzen und -einbrüchen, Spannungsflimmern, Oberschwingungen und Zwischenharmonischen im Stromnetz sowie weiterer wichtiger Parameter. Durch die wissenschaftliche Analyse von Spannung und Strom im Stromverteilungssystem auf Basis der erfassten elektrischen Parameterdaten lässt sich der Netzqualitätsstatus in Echtzeit zeitnah, präzise und reaktionsschnell abbilden. Dies gewährleistet den stabilen und zuverlässigen Betrieb der gesamten Anlage und minimiert Anlagenschäden und Sachverluste aufgrund von Problemen mit der Spannungsqualität.

Lösungskonfiguration

Das Stromverteilungssystem dieses Projekts besteht aus einer Schaltanlage und drei 10-kV-Umspannwerken. Jedes Umspannwerk ist mit zwei Einspeiseleitungen und einer Sammelschiene ausgestattet. An jedem der beiden Einspeiseleitungsabschnitte jedes Umspannwerks ist ein APView500-Gerät zur Online-Überwachung der Stromqualität installiert. Insgesamt werden acht Geräte eingesetzt, um die Stromqualität aller Einspeiseleitungen zu überwachen. Zur Echtzeitüberwachung des gesamten Stromversorgungssystems und zur Datenerfassung ist das Projekt mit der Energieeffizienz-Managementplattform AcrelEMS für Unternehmens-Mikronetze ausgestattet. Diese ermöglicht eine lückenlose Überwachung von der 35-kV- bis zur 0,4-kV-Verbraucherseite.

4.2 Halbleiterindustrie – Ein Projekt zur Herstellung elektronischer Materialien

Die wichtigsten Probleme der Stromqualität in der Halbleiterfertigungsindustrie sind folgende:

Harmonische Probleme

IC-Teststationen, SPS-gesteuerte Manipulatoren, Wafer-Bearbeitungsanlagen für die Chipherstellung und frequenzgesteuerte Halbleiteranlagen sind Hauptquellen für Oberschwingungen. Diese Oberschwingungen verursachen nicht nur Fehlfunktionen in den Geräten selbst, sondern die ins Stromnetz zurückgespeisten Oberschwingungsströme können auch zu Überhitzung in anderen Schaltungen, Fehlfunktionen elektronischer Schalter und instabiler Versorgungsspannung führen. In schweren Fällen können sie sogar Produktionsstillstände und die Verschrottung von Halbfertigprodukten zur Folge haben. Darüber hinaus verschärft das häufige Lastschalten von Hochenergieanlagen – darunter Epitaxie-, Diffusions- und Ionenimplantationsanlagen – die Verschlechterung der Stromversorgungsumgebung.

Spannungseinbruch und -unterbrechung

Moderne Halbleiterproduktionsanlagen reagieren äußerst empfindlich auf Schwankungen der Stromqualität. Im Vergleich zu traditionellen Branchen sind Halbleiter- und LCD-Fertigungsprozesse besonders anfällig für Spannungseinbrüche: Ein Spannungseinbruch mit einer Amplitude von 85–90 % des Nennwerts, der lediglich 16 ms andauert, kann ausreichen, um einen Anlagenstillstand auszulösen. Bei einer kurzzeitigen Unterbrechung wird die Last in der Regel vollständig vom Stromversorgungssystem getrennt (wobei die Spannungsamplitude unter 10 % des Nennwerts fällt).

Sowohl Spannungseinbrüche als auch kurzzeitige Stromausfälle können in der Halbleiterindustrie zu Anlagenstillständen führen. Die Wahrscheinlichkeit für Spannungseinbrüche ist jedoch deutlich höher als die für kurzzeitige Stromausfälle. Studien zeigen, dass Spannungseinbrüche 70–80 % aller Störungen in Stromverteilungsnetzen verursachen, während bei Störungen in Übertragungsnetzen der Anteil der durch Spannungseinbrüche verursachten Vorfälle über 90 % liegt.