Funktionsprinzip des dynamischen Spannungswiederherstellers

Ein dynamischer Spannungswiederhersteller (DVR) ist ein auf Leistungselektroniktechnologie basierendes Gerät, das zur Unterdrückung von Stromqualitätsproblemen wie Spannungseinbrüchen, Überspannungen, Oberschwingungen und dreiphasigen Ungleichgewichten im Stromnetz dient. Sein grundlegendes Ziel besteht darin, empfindliche Lasten innerhalb kürzester Zeit mit einer stabilen und qualifizierten Versorgungsspannung zu versorgen, wenn eine abnormale Netzspannung auftritt, und so Produktionsunterbrechungen, Geräteschäden oder Datenverluste zu verhindern.

Das Funktionsprinzip eines DVR basiert auf drei Hauptaspekten: Echtzeitüberwachung, schnelle Berechnung und aktive Kompensation. Zunächst erfasst das Gerät mithilfe hochpräziser Spannungssensoren kontinuierlich die drei-Phasenspannungssignale am Punkt der gemeinsamen Kopplung (PCC) des Stromnetzes. Ein Controller, der aus einem digitalen Signalprozessor (DSP) oder einem feld-programmierbaren Gate-Array (FPGA) besteht, führt eine Echtzeitanalyse durch, um den Grad der Abweichung in Spannungsamplitude, Phase, Frequenz und Wellenform zu bestimmen. Wenn ein Spannungsabfall, ein Spannungsstoß oder eine andere Anomalie erkannt wird, berechnet das Steuerungssystem sofort den erforderlichen Kompensationsbetrag gemäß einem voreingestellten Algorithmus.

Während der Kompensationsausführungsphase wandelt der DVR mithilfe eines dreiphasigen Brückenwechselrichters, der aus vollständig gesteuerten leistungselektronischen Schaltgeräten (wie IGBTs und SiC-MOSFETs) besteht, die auf dem DC-Bus gespeicherte Energie (normalerweise durch Kondensatoren oder Batteriepakete gehalten) in eine Wechselspannung um, deren Wert der anormalen Netzspannungskomponente entspricht und deren Phase entgegengesetzt ist. Diese Wechselspannung wird dann über einen Kopplungstransformator oder eine Drossel zwischen das Netz und die Last eingespeist. Diese eingespeiste Spannung wird vektor-zur anormalen Netzspannung addiert, wodurch die tatsächlich von der Lastseite empfangene Spannung wieder auf ihren Nennwert oder zulässigen Bereich gebracht wird, wodurch eine dynamische Spannungsregelung erreicht wird.

Da die Schaltfrequenz leistungselektronischer Geräte mehrere Kilohertz bis mehrere Dutzend Kilohertz erreichen kann und die Regelkreisberechnungen und Pulsweitenmodulationsreaktionen (PWM) in Mikrosekunden bis Millisekunden abgeschlossen sind, kann der DVR auf die meisten transienten Störungen innerhalb von 10 ms reagieren, viel schneller als herkömmliche mechanische oder langsame Spannungsregelgeräte. Darüber hinaus kann der DVR durch die Einführung aktiver Filteralgorithmen gleichzeitig bestimmte Frequenzharmonische unterdrücken und drei-Phasenungleichgewichte korrigieren, wodurch ein mehrdimensionales Stromqualitätsmanagement erreicht wird.

Insgesamt nutzen DVRs mit ihrem geschlossenen-Regelkreismodus der „Erkennung-Berechnung-Wechselrichterkompensation“ hochfrequente leistungselektronische Umwandlung und präzise mathematische Modellierung, um eine Echtzeitunterdrückung von Netzspannungsanomalien zu erreichen und so eine schnelle und genaue dynamische Spannungsschutzbarriere für kritische Lasten aufzubauen. Sie spielen in modernen industriellen und informationsbasierten Energieversorgungssystemen eine unersetzliche Rolle.