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Einführung einer intelligenten Blindleistungskompensation beim Schnellladen von Elektrofahrzeugen

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REG1K0135P2

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Beim DC-Schnellladen zählt jedes Kilowatt - aber nicht die gesamte Netzleistung wird effizient genutzt. Der Leistungsfaktor (PF), das Verhältnis von Wirk- (Nutz-) Leistung (kW) zu Scheinleistung (kVA), liegt normalerweise zwischen 0 und 1 und offenbart eine wichtige Ineffizienz: die Blindleistung (VAR). Die Scheinleistung ist die Vektorsumme aus Wirk- und Blindleistung und stellt die gesamte verfügbare Netzkapazität dar.

Die Wirkleistung ist immer positiv und fließt von der Quelle zur Last, um nützliche Arbeit zu verrichten, während die Blindleistung einfach zwischen dem Netz und dem Gerät selbst hin- und herpendelt, Wärme erzeugt, Energie vergeudet und möglicherweise Strafen des Versorgungsunternehmens für einen schlechten PF auslöst. Der Anstieg der Blindleistung führt zu einem Absinken des PF, was auf eine schlechte Leistungsausnutzung hinweist.

Wo trifft der Blindleistungsverlust am härtesten?

Systeme zum Laden mit hoher Leistung (HPC): Da ultraschnelle Ladesysteme mit einer Leistung von 400 kW und mehr in der modernen Infrastruktur unentbehrlich werden, kann die wachsende Zahl der darin enthaltenen Lademodule bei geringer Last oder im Standby-Betrieb erhebliche Blindleistungsverluste erzeugen. Dies führt nicht nur zu einer Verschlechterung der Netzstromqualität, sondern auch zu Strafzahlungen für viele Betreiber von Ladestationen. Traditionell haben die Integratoren von DC-Ladegeräten dieses Problem durch den Einbau von AC-Schützen gelöst, um den AC-Eingang von allen Modulen in solchen Szenarien zu trennen - eine Lösung, die die Systemkosten erhöht und die Zuverlässigkeit beeinträchtigt.

HPC-Autobahnstationen: Wenn mehrere Elektrofahrzeuge während der Verkehrsspitzen gleichzeitig geladen werden, kann der Lastbedarf innerhalb von Sekunden zwischen einigen hundert kW und mehreren MW stark schwanken. Diese schnellen Wirk-/Blindleistungsschwankungen verursachen instabile PF oder sogar starke PF-Einbrüche. Ein schlechter PF vergeudet nicht nur Netzkapazitäten, sondern kann auch Strafzahlungen der Versorgungsunternehmen nach sich ziehen.
Städtische Fuhrparkdepots und Ladestationen für Schwerlastwagen: Bei der abendlichen Rückkehr von Bussen oder Lastwagen laufen alle Ladepunkte unter Volllast. Der konzentrierte Ladebedarf belastet bereits die Netzkapazität, und die von den Ladesystemen aufgenommene Blindleistung reduziert die Transformatorenkapazität für die Wirkleistung zusätzlich. Die Betreiber müssen entweder die Ladevorgänge zeitlich staffeln (Verzögerung der Bereitschaft) oder eine Überlastung des Transformators riskieren.
Netzgekoppelte Hybrid-Ladestationen mit PV-Solaranlagen und Batteriespeichern: Die Solarstromerzeugung zur Mittagszeit kann einen lokalen Spannungsanstieg verursachen, während die Schnellladung am Abend zu Spannungseinbrüchen führt. Versorgungsunternehmen verlangen oft, dass dezentrale Energieressourcen die Spannungsregulierung durch Blindleistungseinspeisung oder -absorption unterstützen, aber herkömmliche Wechselrichter und Lademodule arbeiten mit einem festen PF. In diesen Fällen sind eine dynamische PF-Steuerung und eine Blindleistungskompensation für die Spannungsstabilisierung und die Einhaltung der Netzeinspeiseanforderungen unerlässlich.
Im Grunde ist die verfügbare Netzkapazität fest und wird zwischen Wirk- und Blindleistung aufgeteilt. Die Wirkleistung lädt die EVs auf, während der Blindstrom unnötige Wärme erzeugt, Energie verschwendet und den nutzbaren Anteil der Netzkapazität reduziert. In schweren Fällen kann er sogar andere Geräte stören. Daher ist eine Blindleistungskompensation unerlässlich, um diese Verschwendung auszugleichen, die Wirkleistungsnutzung zu verbessern und die verfügbare Kapazität zu maximieren.
Um diesen Herausforderungen zu begegnen, stellt Infypower das 40kW G2 VPF-Lademodul REG1K0135P2 vor, das speziell für die intelligente PF-Regelung und Blindleistungskompensation für EV-Ladestationen entwickelt wurde. Im Gegensatz zu anderen VPF-Lademodulen, die nur ihre eigene Blindleistung im Standby-Status ausgleichen können oder die Blindleistung anderer Geräte im Leerlauf nicht kompensieren können, unterstützt unser REG1K0135P2 vier verschiedene Betriebsarten:
1. Standard-Lademodus
 Konzentriert sich in erster Linie auf das schnelle Laden von EVs mit geringen Prioritäten bei der Blindleistungskompensation
 PF-Leistung: > 0,9 (keine Last), > 0,95 (> 5% Last), > 0,99 (> 50% Last), > 0,999 (Volllast).
2. Konstanter PF-Modus
 Einstellbarer PF-Bereich von 0,8 voreilend bis 0,8 nacheilend.
 Blindleistung ändert sich dynamisch mit der Wirkleistung (bis zu 40 kW).
 Ideal für europäische Märkte, wo hohe Blindleistung von anderen Anlagen den PF am Standort senkt. Es hilft bei der Einhaltung strenger Netzstandards und reduziert Blindleistungsverluste. Bestimmte Netznormen verlangen, dass die Lademodule die PF-Regelung unterstützen, indem sie es dem System ermöglichen, die Blindleistung anderer Geräte zu kompensieren und so den Gesamt-PF des Netzes zu verbessern und Blindleistungsverluste zu reduzieren.
3. Reiner Blindleistungskompensationsmodus
 Arbeitet ausschließlich als statischer VAR-Kompensator, wenn nicht geladen wird.
 Gibt bei Bedarf Blindleistung ab oder nimmt sie auf, um andere Geräte zu kompensieren und die Netzstabilität während der Leerlaufzeiten zu verbessern.
 Die Blindleistung kann direkt von -40 kVar bis +40 kVar eingestellt werden, mit einem Regelfehler < 4% und < 0,2 kVar.
4. Kombinierter Modus Ladung + Blindleistungskompensation
 Ermöglicht das Laden von EVs bei aktiver Blindleistungskompensation.
 Liefert eine Gesamtscheinleistung von 40 kVA mit Wirkleistungsabgabe und Blindleistungskompensation, wenn die Eingangsspannung zwischen 320 Vac und 530 Vac liegt.
 Einfache Einstellung des Blindleistungskompensationswertes während des gesamten Ladevorgangs.
Warum sind Infypower VPF-Lademodule für Hersteller von DC-Ladegeräten und Betreiber von Ladestationen wichtig?
- Höhere Netzauslastung → Liefern Sie mehr kW an Wirkleistung, ohne Transformatoren oder Einspeisungen aufzurüsten.
- Vermeidung von Strafzahlungen → Aufrechterhaltung eines PF ≥ 0,99 bei dynamischen Lasten.
- Einhaltung von Vorschriften → Erfüllen Sie die PF-Anforderungen des regionalen Netzcodes.
- Mehrwertdienste → Bieten VAR-Unterstützung für Versorgungsunternehmen in Leerlaufzeiten.
Mit seinem Voll-SiC-Design erreicht der REG1K0135P2 einen Spitzenwirkungsgrad von mehr als 97,5 % und eine branchenweit führende Leistungsdichte von > 65 W/in³, was letztlich die Stellfläche und das Gewicht von Ladesäulen reduziert. Durch die Kombination einer intelligenten PF-Steuerung mit einer Blindleistungskompensation wird die Lücke zwischen HPC-Leistung und netzfreundlichem Betrieb geschlossen, so dass EVSE-Integratoren sowohl eine hohe Ladegeschwindigkeit als auch eine hohe Leistungsausnutzung in einer einzigen Lösung anbieten können.