-Forschungsprojekt Nr. 13ZN

Elektromagnetische Verträglichkeit von pulsmodulierten Umrichtern im Frequenzbereich der "Powerline"-Kommunikation

Forschungsvorhaben im Initiativprogramm "Zukunftstechnologien für kleine und mittlere Unternehmen"

Wissenschaftliche Problemstellung

Dezentrale Energieerzeugungsanlagen werden mit steigendem Anteil mit pulsmodulierten Umrichtern unter der Verwendung von IGBT als Schaltelementen ausgerüstet. Als Modulationsverfahren sind Pulsweitenmodulation, Pulsfrequenzmodulation und Pulsregelung mit unterschiedlichen Schaltschwellen üblich. Aufgrund der hohen Schaltgeschwindigkeiten der IGBT enthält der von solchen Umrichtern in das elektrische Versorgungsnetz eingespeiste Strom Anteile mit sehr hohen Frequenzen. Gleichzeitig besteht hohes Interesse, das elektrische Versorgungsnetz für die Übertragung von Daten zu benutzen. Dies gilt sowohl für den heute bereits durch Normen festgelegten Frequenzbereich bis 148,5 kHz als auch für den für die Telekommunikation oder die Rechnerdaten-Übertragung, für die ein Frequenzbereich bis zu einigen MHz in Frage kommt.

Auf der einen Seite wird der für die Datenübertragung nötige Spannungspegel durch die Festlegungen der zulässigen elektromagnetischen Störfeldstärken der Regulierungs-behörde des Bundeswirtschaftsministeriums begrenzt, so daß die Datenübertragung mit kleinen Spannungswerten erfolgen muß. Auf der anderen Seite verursachen IGBT-Umrichter im Netz Störspannungen, die deutlich unter dem für die Datenübertragung verwendeten Pegel liegen müssen. Dies bedeutet, daß für einen störungsfreien Parallelbetrieb von solchen Umrichtern mit Datenübertragungseinrichtungen strenge Regeln für die verwendeten Nutz- und Störsignale gefunden werden müssen, damit ein Parallelbetrieb ohne unzulässige Beeinflussung der Datenübertragung und ohne unnötig strenge Einschränkungen der modernen pulsmodulierten Umrichter ermöglicht wird. Geeignete Messungen der relevanten Signale im Netz wurden bisher nicht durchgeführt und geeignete Regeln sind nicht vorhanden.

Forschungsziel und Lösungsweg

Das Ziel des Vorhabens ist, Verfahren zur Beurteilung von IGBT-Umrichtern hinsichtlich des störungsfreien Zusammenwirkens mit Datenübertragungseinrichtungen in den öffentlichen Versorgungsnetzen zur Verfügung zu haben.

Der Lösungsweg beinhaltet zwei Schritte. Im ersten Schritt werden die von IGBT-Umrichtern in ein Niederspannungsnetz eingespeisten hochfrequenten Ströme gemessen und geeignete Verfahren zur Aufbereitung der Ergebnisse für Berechnungen erarbeitet. Die im Niederspannungsnetz auftretenden hochfrequenten Spannungen werden mit Meßergebnissen verglichen. Das Schaltprinzip des Umrichters wird dabei variiert, um die auf dem Markt üblichen Geräte einzuschließen.

Im zweiten Schritt wird der Prototyp eines kommerziellen Datenübertragungssystems in einem öffentlichen Niederspannungsnetz installiert und seine Funktionssicherheit bei den dort üblichen EMV-Bedingungen überprüft. Im Parallelbetrieb dieser Einrichtung mit dem IGBT-Umrichter wird die Fehlerrate der Datenübertragung in Abhängigkeit von der Höhe der vom Umrichter eingespeisten Stromamplituden der hochfrequenten Anteile ermittelt.

In allen Fällen werden die vom Umrichter oder von der Datenübertragungseinrichtung erzeugten elektromagnetischen Felder in der Umgebung der Zuleitung gemessen, so daß alle für die Auslegung der beiden Komponenten maßgebenden Faktoren bekannt sind.

Projektleiter

Dr.-Ing. Karl-Heinz Weck Telefon 0621/80 47 200