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Harmonische Unterdrückung und Netzstabilitätsoptimierung in Energiespeichersystemen
- November 11, 2025
Mit der zunehmenden Verbreitung von erneuerbaren Energien und Energiespeichersystemen (ESS) wird die Aufrechterhaltung der Leistungsqualität und Netzstabilität zu einer zentralen technischen Herausforderung.
Zu den wichtigsten Faktoren, die die Netzleistung beeinträchtigen, gehören Oberschwingungen, Spannungsschwankungen und Frequenzabweichungen – sie können zu Ineffizienzen, Überhitzung oder sogar Geräteschäden führen.
Eine effektive Unterdrückung von Oberschwingungen und Optimierung der Netzstabilität sind daher entscheidend, um einen sicheren, zuverlässigen und effizienten Netzbetrieb von Energiespeichersystemen zu gewährleisten.
Verständnis der Oberschwingungen in Stromnetzen
Oberschwingungen sind unerwünschte hochfrequente Komponenten, die der Grundfrequenz einer Wechselstromwelle überlagert sind.
Sie entstehen typischerweise durch nichtlineare Lasten wie Wechselrichter, Frequenzumrichter und Leistungsschalter innerhalb eines ESS.
Wenn sich Oberschwingungen im Netz ausbreiten, können sie:
Überhitzung von Transformatoren und Kabeln verursachen
Den Wirkungsgrad von Umrichtern reduzieren
Schutzsysteme stören
Spannungsverzerrungen und Resonanzeffekte erzeugen
Gemäß den Normen IEEE 519 und IEC 61000 müssen die Oberschwingungsverzerrungen innerhalb festgelegter Grenzwerte bleiben, um Systemstabilität und Geräteschutz zu gewährleisten.
Ursachen von Oberschwingungen in Energiespeichersystemen
In einem ESS entstehen Oberschwingungen hauptsächlich durch:
Bidirektionale PCS (Power Conversion Systems) – während der AC/DC-Umwandlung und Schaltvorgänge.
Interaktionen mit dem Battery Management System (BMS) – digitale Schaltungen erzeugen hochfrequente Ripple-Ströme.
Parallelen Betrieb mehrerer Wechselrichter, der komplexe Oberschwingungskopplungen verursachen kann.
Teillastbetrieb, bei dem niederfrequente Oberschwingungen verstärkt auftreten.
Die Identifizierung der Oberschwingungsquellen durch Spektralanalyse ist der erste Schritt zur Umsetzung einer effektiven Unterdrückungsstrategie.
Techniken zur Unterdrückung von Oberschwingungen
1. Passive Filter
Passive Filter bestehen aus Induktivitäten, Kondensatoren und Widerständen, die bestimmte Frequenzen blockieren oder absorbieren.
Sie sind einfach, kostengünstig und zuverlässig – ideal für Systeme mit stabilen Lastbedingungen.
Allerdings sind sie weniger flexibel bei sich dynamisch ändernden Oberschwingungsspektren.
2. Aktive Leistungsfilter (APF)
Aktive Filter nutzen leistungselektronische Wandler, um Oberschwingungsströme in Echtzeit zu kompensieren.
Sie bieten hervorragende dynamische Leistung und können sich an wechselnde Lasten anpassen.
In modernen ESS werden APFs oft direkt in die PCS-Steuerungsalgorithmen integriert, um Blindleistungskompensation und Oberschwingungsunterdrückung gleichzeitig zu realisieren.
3. Hybride Filterung
Hybride Filter kombinieren passive und aktive Komponenten, um ein breites Spektrum an Oberschwingungen effizient zu reduzieren.
Diese Lösung bietet ein gutes Gleichgewicht zwischen Kosten, Reaktionsgeschwindigkeit und Filterleistung – besonders geeignet für industrielle oder Hochleistungs-ESS.
4. Fortschrittliche Steuerungsalgorithmen
Intelligente Steuerungen basierend auf KI, modellprädiktiver Regelung (MPC) oder adaptiver Kompensation identifizieren Oberschwingungen dynamisch und unterdrücken sie gezielt.
Dieser softwaredefinierte Ansatz ermöglicht eine kontinuierliche Optimierung ohne zusätzliche Hardware und verbessert gleichzeitig die Gesamtleistungsqualität.
Strategien zur Optimierung der Netzstabilität
Oberschwingungen sind nur ein Teil des Problems.
Um einen stabilen Netzbetrieb zu gewährleisten, müssen ESS in Echtzeit Spannung, Frequenz und Blindleistung regeln.
1. Spannungs- und Frequenzregelung
Durch PQ- (Leistungssteuerung) oder VF-Steuerungsmodi (Spannungs-Frequenz-Steuerung) kann das ESS schnell auf Spannungs- oder Frequenzschwankungen im Netz reagieren – besonders wichtig in schwachen Netzen oder Regionen mit hohem Anteil erneuerbarer Energien.
2. Virtueller Synchrongenerator (VSG)
Die VSG-Technologie emuliert das Trägheitsverhalten konventioneller Generatoren und verbessert so die Dämpfung und die Frequenzstabilität.
Diese Methode erhöht die transiente Stabilität erheblich und wird zunehmend in modernen PCS-Designs implementiert.
3. Dynamische Blindleistungskompensation
Durch dynamische Steuerung der Blindleistung kann das ESS den Leistungsfaktor und die Spannungsstabilität aufrechterhalten, Transformatoren entlasten und die Energieübertragungseffizienz verbessern.
4. KI-gestützte prädiktive Steuerung
KI-Modelle können Netzstörungen vorhersagen und ESS-Reaktionen im Voraus optimieren.
So entwickelt sich das ESS von einem passiven Kompensator zu einem aktiven Stabilisator, der Netzresilienz und Energieeffizienz deutlich verbessert.
Normen und Konformitätsrichtlinien
Für die Einhaltung der internationalen Standards in Bezug auf Oberschwingungen und Netzstabilität sollten ESS folgende Normen berücksichtigen:
IEEE 519 – Grenzwerte für Oberschwingungen und Leistungsqualität
IEC 61000 – Normen für elektromagnetische Verträglichkeit
IEC 62933 – Sicherheit und Leistungsanforderungen für netzgekoppelte ESS
EN 50160 – Spannungsqualität in öffentlichen Stromnetzen
Die Einhaltung dieser Normen gewährleistet Interoperabilität, Sicherheit und langfristige Zuverlässigkeit.
Fazit
Mit der wachsenden Integration erneuerbarer Energien werden Oberschwingungsunterdrückung und Netzstabilitätsoptimierung zu Schlüsselfaktoren der nächsten Generation intelligenter Netze.
Durch die Kombination von fortschrittlicher Filtertechnik, adaptiver Regelung und KI-basierter Optimierung können Energiespeichersysteme eine hervorragende Leistungsqualität und Stabilität gewährleisten – sicher, effizient und nachhaltig.
FFD POWER entwickelt kontinuierlich intelligente Lösungen zur Unterdrückung von Oberschwingungen und zur Netzstabilisierung, um seinen Kunden sichere, saubere und effiziente Energiesysteme bereitzustellen.