Warum wir SVG und APF in DC-Ladesäulen anwenden sollten

Wir können definitiv sagen, dass es für Hochleistungs-DC-Ladesäulen in Tankstellen oder Raststätten Es wird dringend empfohlen und ist in vielen Fällen unerlässlich, einen Statischer Var-Generator (SVG) oder ein Aktiver Leistungsfilter (APF) Die ideale Lösung ist oft ein Hybridgerät, das beide Funktionen kombiniert, wie beispielsweise ein Hybrid-APF oder ein Active Reactive Compenser (ARC).

Dies ist kein „optionales Upgrade“, sondern eine grundlegende Sicherheitsmaßnahme, um den sicheren, zuverlässigen und effizienten Betrieb der Ladestation zu gewährleisten. Die folgende Analyse schlüsselt die Gründe, die Notwendigkeit, Lösungen und Auswahlkriterien auf.

I. Die Grundursache: Wie DC-Ladesäulen das Netz „verschmutzen“

Eine DC-Ladesäule ist im Wesentlichen eine Hochleistungs- nichtlineare Gleichrichterlast . Seine Hauptfunktion besteht darin, Wechselstrom (AC) in Gleichstrom (DC) umzuwandeln, um die Batterien von Elektrofahrzeugen aufzuladen. Dieser AC/DC-Umwandlungsprozess, der hauptsächlich von IGBT-Gleichrichterschaltungen durchgeführt wird, führt zu zwei wesentlichen Problemen hinsichtlich der Stromqualität:

1. Signifikante harmonische Ströme :

   • Die Ladesäulen beziehen nicht sinusförmigen, verzerrten Strom aus dem Netz und erzeugen reichhaltige Obertöne , besonders charakteristische Obertöne wie die 5., 7., 11. und 13. .

   • Gefahren: Oberschwingungsströme führen zu einer Überhitzung der Leitungen, beschleunigen die Alterung von Kabel- und Transformatorisolierungen und können (aufgrund der Summierung von dreifachen N-Oberschwingungen) zu einer Überlastung des Neutralleiters führen, die in schweren Fällen Brände verursachen kann. Entscheidend ist, dass Oberschwingungen empfindliche Steuergeräte in der Tankstelle (z. B. Tankfüllstandsüberwachungssysteme, Zahlungssysteme, Überwachungssysteme) stören und Datenfehler oder Systemabstürze verursachen.

2. Blindleistungsbedarf :

   • Ladesäulen absorbieren auch Blindleistung während des Betriebs, was zu einem niedrigeren Leistungsfaktor führt.

   • Gefahren: Blindstrom verbraucht Transformatorkapazität, erhöht Leitungsverluste und kann zu höheren Stromkosten führen (wenn der Energieversorger Strafen für einen niedrigen Leistungsfaktor verhängt). Wenn mehrere Hochleistungs-Ladesäulen gleichzeitig mit hoher Geschwindigkeit arbeiten, kann der massive Blindleistungsstoß zu Netzausfällen führen. Spannungsschwankungen und Flimmern , was zu flackernden Lichtern und einem instabilen Betrieb anderer Geräte in der Tankstelle führt.

II. Warum sind Tankstellen/Raststätten besonders gefährdet?

1. Relativ begrenzte Systemkapazität: Die Leistung des Verteilungstransformators einer Tankstelle oder Raststätte liegt typischerweise im Bereich von einigen hundert bis ein- oder zweitausend kVA. Ein einzelnes 120-kW-Gleichstromladegerät kann einen Spitzenstrom von fast 200 A erzeugen. Das gleichzeitige Starten mehrerer Einheiten belastet das Netz deutlich stärker als in einem großen Industriepark oder Gewerbekomplex (die über größere Transformatoren und ein „stärkeres“ Netz verfügen).

2. Extrem hohe Sicherheitsanforderungen: Tankstellen enthalten brennbare und explosive Umgebungen. Jeder Geräteausfall oder Funke, der durch Probleme mit der Stromqualität (z. B. Überhitzung der Leitung, Spannungsinstabilität) verursacht wird, stellt ein potenziell katastrophales Risiko dar. Die Gewährleistung einer sauberen und stabilen Stromversorgung ist für einen sicheren Betrieb unerlässlich.

3. Hohe Empfindlichkeit gegenüber Spannungsschwankungen: Geräte wie Kassensysteme, Zapfsäulensteuerungen und Füllstandsanzeigen reagieren äußerst empfindlich auf Spannungseinbrüche. Ein Spannungsabfall kann dazu führen, dass eine Zapfsäule einfriert oder ungenau misst, was sich direkt auf das Geschäftsergebnis und die Benutzerfreundlichkeit auswirkt.

4. Vermeidung gegenseitiger Störungen: Ohne entsprechende Maßnahmen können Oberschwingungen und Blindleistung der Ladegeräte ins Netz gelangen und andere Geräte wie Zapfsäulen stören – und umgekehrt. Eine entsprechende Abschwächung gewährleistet eine harmonische Koexistenz aller Geräte.

III. Die Rollen von SVG vs. APF und wie man wählt

Fazit: Bei Ladestationen müssen in der Regel sowohl Oberschwingungs- als auch Blindleistungsprobleme berücksichtigt werden. Daher sind die besten Optionen:

1. Installieren Sie separate APF- und SVG-Einheiten für gezielte Schadensbegrenzung.

2. Bevorzugte Lösung: Installieren Sie einen Hybrid Active Power Filter (Hybrid-APF) oder ein umfassendes Gerät zur Korrektur der Stromqualität. Diese integrierten Einheiten kombinieren APF- und SVG-Funktionalität und ermöglichen gleichzeitige und unabhängige Kompensation von Oberschwingungen und Blindleistung Sie bieten ein besseres Preis-Leistungs-Verhältnis und einen geringeren Platzbedarf und sind daher ideal für den kompakten Elektroraum einer Tankstelle.

IV. Empfehlungen zum Lösungsdesign und zur Implementierung

1. Minderungsansatz: Zentralisierte Schadensbegrenzung auf der Niederspannungsseite des Hauptverteilungstransformators der Station wird empfohlen. Durch den Parallelanschluss des APF/SVG an die Hauptverteilung wird eine saubere, stabile Stromversorgung für die gesamte Tankstelle (einschließlich Ladegeräte und Original-Kraftstoffausrüstung) gewährleistet und so eine globale Steuerung erreicht.

2. Kapazitätsberechnung:

   • APF-Kapazität: Geschätzt basierend auf dem Gesamtnennstrom aller Ladegeräte und ihrer typischen Stromverzerrungsrate (THDi, normalerweise 30–35 %). Formel: APF-Nennstrom ≥ Gesamtladestrom × THDi × Sicherheitsfaktor (1,2-1,3) .

   • SVG-Kapazität: Berechnet auf Grundlage des gesamten Blindleistungsbedarfs der Ladegeräte. Dies erfordert häufig eine Messung oder Berechnung auf Grundlage der Nennleistung und des Leistungsfaktors.

   • Empfehlung: Führen Sie eine professionelle Bewertung der Stromqualität durch, um die erforderliche Kapazität anhand der Messdaten genau zu bestimmen.

3. Wichtige Kriterien für die Produktauswahl:

   • Reaktionsgeschwindigkeit: Muss extrem schnell sein (<5 ms), um die schnellen Laständerungen der Ladesäulen zu verfolgen.

   • Schutzklasse: Für die Installation im Freien ist mindestens IP54 erforderlich; für die Installation im Innenbereich ist IP20 oder höher erforderlich, um staubigen und feuchten Umgebungen standzuhalten.

   • Zertifizierung & Sicherheit: Produkte müssen über entsprechende Zertifizierungen verfügen und den Vorschriften für elektrische Installationen in potenziell gefährlichen Bereichen entsprechen.

   • Intelligente Überwachung: Unterstützt vorzugsweise die Überwachung einer Cloud-Plattform zur Fernanzeige von Daten zur Stromqualität und zum Gerätestatus und ermöglicht so einen unbeaufsichtigten Betrieb.

Zusammenfassung

Bei DC-Ladesäulenprojekten in Tankstellen/Raststätten ist die Installation von Geräten zur Verbesserung der Stromqualität (APF/SVG) keine Frage des „Ob“, sondern vielmehr des „Wie“.

Dies ist eine entscheidende Investition, deren Rendite durch Folgendes erzielt wird:

• Sicherheit: Beseitigung von Brandgefahren, Schutz von Leben und Eigentum.

• Zuverlässigkeit: Gewährleistet einen stabilen Betrieb aller Ladestations- und Tankstellengeräte und verhindert Ausfallzeiten.

• Wirtschaft: Spart zusätzliche Stromkosten durch Oberschwingungen und Blindleistung, vermeidet Strafzahlungen der Energieversorger und verlängert die Lebensdauer der Geräte.

• Einhaltung: Erfüllt die verbindlichen Anforderungen des nationalen Stromnetzes an die Stromqualität (Oberschwingungen, Leistungsfaktor).

Die Kosten und der Platzbedarf für die Verbesserung der Stromqualität sollten bereits in der ersten Projektplanungsphase in das Gesamtdesign integriert werden, um so eine sichere, effiziente und zuverlässige Tankstelle für grüne Energie zu schaffen.