Aktive Leistungsfaktorkorrektur (PFC) und dynamische Blindleistungskompensation

Aktive Leistungsfaktorkorrektur (PFC) und dynamische Blindleistungskompensation nutzen Leistungselektronik-basierte Systeme (wie IGBT-Wechselrichter) zur Bereitstellung adaptive Korrektur in Echtzeit von Leistungsfaktor (PF) und Blindleistung (VAR) in elektrischen Systemen. Diese Lösungen sind für moderne industrielle, kommerzielle und erneuerbare Energieanwendungen mit schnell wechselnden Lasten und harmonischen Verzerrungen unerlässlich.

1. Aktive Leistungsfaktorkorrektur (PFC)

A. Funktionsweise

• Maßnahmen Laststrom und -spannung in Echtzeit um die erforderliche Entschädigung zu berechnen.

• Anwendung PWM-gesteuerte Wechselrichter injizieren Gegenphasenblindstrom um den nacheilenden/voreilenden VAR aufzuheben.

• Passt sofort Lastschwankungen ausgesetzt (im Gegensatz zu passiven Kondensatorbänken).

B. Schlüsselkomponenten

✔ IGBT-basierter Spannungsquellenwechselrichter (VSI) – Erzeugt Ausgleichsstrom.
✔ DC-Link-Kondensator – Bietet Energiespeicherung für die Blindleistungseinspeisung.
✔ Steuerungssystem (DSP/FPGA-basiert) – Berechnet die Entschädigung in Echtzeit.

C. Anwendungen

• Industriell: Antriebe mit variabler Drehzahl (VFDs), Lichtbogenöfen, Schweißgeräte.

• Erneuerbare Energien: Solar-/Windparks (zur Erfüllung der Netz-PF-Anforderungen).

• Rechenzentren: USV-Anlagen, Serverfarmen mit schwankender IT-Last.

Vorteile gegenüber passiver PFC

✔ Schnellere Reaktion (Millisekunden vs. Sekunden bei Kondensatoren).
✔ Kein Risiko einer Überkompensation (vermeidet führendes PF).
✔ Funktioniert mit harmonischen Lasten (im Gegensatz zu herkömmlichen Kondensatoren).

2. Dynamische Blindleistungskompensation

A. Funktionsweise

• Überwacht kontinuierlich Lastbedarf und injiziert präziser Blindstrom um den Ziel-PF (z. B. 0,95–1,0) aufrechtzuerhalten.

• Kann VARs absorbieren oder generieren (induktiv oder kapazitiv) nach Bedarf.

B. Verwendete Geräte

C.Anwendungen

• Stahlwerke: Lichtbogenöfen verursachen schnelle Leistungsfaktorschwankungen → STATCOM stabilisiert das Netz.

• Windparks: Bietet Niederspannungs-Durchfahrt (LVRT) durch Einspeisen von VARs während Fehlern.

• Rechenzentren: Verhindert PF-Strafen aufgrund von Serverlastschwankungen.

3. Vergleich: Passive vs. aktive Vergütung

4. Hauptvorteile von Active PFC und dynamischer Kompensation

✅ Echtzeitanpassung – Keine Verzögerungen wie beim Kondensatorschalten.
✅ Keine Resonanzprobleme – Im Gegensatz zu Kondensatoren werden Oberwellen nicht verstärkt.
✅ Unterstützt bidirektionalen VAR-Fluss (induktiv und kapazitiv).
✅ Verbessert die Spannungsstabilität – Kritisch für schwache Netze.
✅ Reduziert die Transformator-/kVA-Belastung – Spart Energiekosten.

5. Branchenspezifische Anwendungsfälle

Fall 1: Produktionsanlage mit VFDs

• Problem: Mehrere VFDs verursachen niedriger PF (0,7) Und Oberschwingungen (THD >15%) .

• Lösung: AHF + STATCOM → PF verbessert auf 0,98 , THD <5 %.

Fall 2: Netzkonformität eines Solarparks

• Problem: Solarwechselrichter verursachen führender PF bei geringer Erzeugung.

• Lösung: D-STATCOM fügt den VAR hinzu, um zu halten PF = 0,95 .

Fall 3: Rechenzentrum mit USV-Systemen

• Problem: Server-Lastschwankungen verursachen PF-Schwankungen (0,8–0,9) .

• Lösung: Aktives PFC-Modul gewährleistet PF > 0,95 jederzeit.

6. Zusammenfassung

• Für eine stabile und kostengünstige Korrektur → Passive PFC (Kondensatoren).

• Für schnelle, dynamische, oberwellenreiche Lasten → Aktive PFC (STATCOM/AHF).

• Am besten für Branchen mit:

  • Schnelle Laständerungen (z. B. Kräne, Lichtbogenöfen).

  • Strenge PF-Vorschriften (Versorger bestrafen <0,9 PF).

  • Hohe Oberschwingungen (VFDs, Gleichrichter, IT-Lasten).