Netcongestie dwingt u als installatieverantwoordelijke of technisch manager tot creatieve oplossingen. Wanneer een grotere netaansluiting door transport schaarste uitblijft, biedt een Batterij Energie Opslag Systeem (BESS) een uitstekende uitkomst voor peak shaving, load balancing en het maximaliseren van uw eigen hernieuwbare opwekking. Maar wist u dat de grootschalige introductie van deze batterijcontainers een sluipend risico vormt voor de betrouwbaarheid van uw interne elektriciteitsnetwerk? De vermogenselektronica die deze systemen aanstuurt, introduceert complexe Power Quality vraagstukken die u niet over het hoofd mag zien.
De kern van elk modern batterij-opslagsysteem bestaat uit een bidirectionele omvormer (Power Conversion System of PCS). Deze omvormer moet immers wisselstroom (AC) uit het net omzetten naar gelijkstroom (DC) om de batterijcellen te laden, en deze stroom later weer inverteren naar wisselstroom tijdens het ontladen. Om deze energiestromen uiterst dynamisch en efficiënt te regelen, maakt de vermogenselektronica gebruik van snelschakelende halfgeleiders, zoals Insulated-Gate Bipolar Transistors (IGBT’s) of moderne Silicon Carbide MOSFET’s (SiC-MOSFET’s).
Hoewel deze technologie een nauwkeurige sturing van het actieve vermogen mogelijk maakt, heeft het snelle schakelgedrag een keerzijde. De hoge schakelfrequenties introduceren onvermijdelijk hoogfrequente netvervuiling in uw installatie. Waar traditionele niet-lineaire belastingen vooral laagfrequente harmonischen (tot de 50e harmonische, oftewel 2,5 kHz) veroorzaken, genereren BESS-omvormers vervuiling in het zogeheten supra-harmonische spectrum. Dit spectrum bevindt zich in het frequentiebereik tussen 2 kHz en 150 kHz. Omdat standaard Power Quality meters dit specifieke bereik vaak niet registreren, blijft deze vervuiling onzichtbaar totdat vitale componenten onverklaarbaar uitvallen.
Een batterij-opslagsysteem gedraagt zich inherent dynamisch. Wanneer uw industriële processen plotseling pieken vertonen, reageert de batterij binnen enkele milliseconden om het net te ontlasten. Deze abrupte vermogensovergangen veroorzaken significante spanningsstappen (Δv) op het overdrachtspunt. Indien uw interne netimpedantie hoog is – wat steeds vaker voorkomt door de afname van het algemene kortsluitvermogen op het distributienet – kunnen deze spanningsstappen leiden tot transiënte overspanningen en kortstondige spanningsasymmetrie tussen de fasen.
Daarnaast beschikt elke BESS-omvormer over interne filtercircuits (zoals LCL-filters) om de eigen schakelfrequenties te dempen. De capacitieve en inductieve eigenschappen van deze filters kunnen echter een gevaarlijke wisselwerking aangaan met uw bestaande infrastructuur. Denkt u hierbij aan aanwezige condensatorbanken voor cos(φ) verbetering of de aanzienlijke kabelcapaciteiten binnen uw utiliteit of fabriek. Wanneer de schakel frequentie van de omvormer samenvalt met de natuurlijke resonantiefrequentie van uw installatie, ontstaat er parallel- of serieresonantie. Dit fenomeen versterkt harmonische stromen exponentieel, wat leidt tot het falen van elektronica en de thermische overbelasting van uw transformatoren.
De aanwezigheid van deze harmonische en supra-harmonische stromen verhoogt de effectieve RMS-stroom die door uw kabels en verdeelsystemen loopt. Fysisch gezien treden hierbij het skin-effect en het nabijheidseffect (proximity effect) op. Bij hogere frequenties worden de elektronen naar de buitenste schil van de koperen of aluminium geleiders gedrongen, waardoor de effectieve geleider doorsnede afneemt en de kabelweerstand stijgt. Het directe gevolg hiervan is extra warmteontwikkeling door verhoogde I2R verliezen.
Buiten de kabels heeft dit ook grote thermische impact op uw vermogenstransformatoren. Hoogfrequente stromen veroorzaken niet alleen extra wervelstroomverliezen (eddy current losses), maar maar leiden ook tot strooiverliezen (stray losses) in de stalen constructiedelen van de transformator. Deze overmatige warmteontwikkeling tast de isolatie van de transformatorwikkelingen aan, wat de levensduur van deze kostbare bedrijfsmiddelen drastisch verkort. Bovendien verslechtert harmonische vervuiling de totale Power Factor (λ) van de installatie. Door de vervormde stroomgolf neemt de benodigde schijnbare capaciteit (kVA) toe. Hierdoor wordt kostbare capaciteit in transformatoren, bekabeling en batterij-omvormers aangesproken, terwijl u deze juist met de batterij wilde vrijmaken voor nuttig actief vermogen.
Om te voorkomen dat uw investering in continuïteit omslaat in ongeplande downtime, adviseren onze engineers een systematische aanpak. Het simpelweg plaatsen van een batterijcontainer op basis van enkel vermogens- en capaciteitsberekeningen (kW en kWh) is een risico voor uw bedrijfszekerheid. Een succesvolle en veilige integratie vereist dat u vooraf de netstructuur en de bestaande Power Quality parameters grondig in kaart brengt.
Onze engineers hanteren een gedegen methode om uw elektrische infrastructuur te beschermen:
Een Batterij Energie Opslag Systeem is een onmisbare schakel om de beperkingen van een vol stroomnet te omzeilen. Echter, schone elektriciteit is een absolute randvoorwaarde om de betrouwbaarheid van dit systeem te garanderen. Door vooraf kritisch te kijken naar de Power Quality impact, voorkomt u dat uw proces verstoord raakt door onzichtbare netvervuiling. HyTEPS neemt de verantwoordelijkheid om u in dit volledige traject technisch te begeleiden, van de eerste diagnose tot de uiteindelijke oplevering van een stabiele en veerkrachtige installatie.
Dieper in de materie duiken?
Wilt u precies weten hoe u deze verborgen capaciteit zelf inzichtelijk maakt en benut? Volg dan ons Power Topic: Creëer extra capaciteit: Power Quality als antwoord op netcongestie. Hierin delen onze engineers praktische analyses en praktijkvoorbeelden.
Overweegt u een Batterij Energie Opslag Systeem (BESS) of ervaart u onverklaarbare storingen na de ingebruikname? Voorkom dat onzichtbare supra-harmonischen of resonanties uw continuïteit in gevaar brengen. Onze engineers brengen de netimpedantie en netvervuiling gedetailleerd voor u in kaart met een gerichte nul- of controlemeting. Vul het formulier in en zet vandaag nog de stap naar een veilige en stabiele integratie van uw opslagsysteem.
