Presentatie Event “Power Quality | Changing landscape”

1. OPENBAAR
SPREKER:
Tim Slangen
TU Eindhoven
Hoogfrequente verstoringen (2-150 kHz):
Emissie, Sommatie en Propagatie

2. OPENBAAR
Overzicht
• Het frequentiebereik 2-150 kHz
• Wat: Definitie en bronnen
• Waarom: Effecten en gevolgen
• Hoe: Standaarden
• Verder uitgelicht
• Emissie
• Sommatie
• Propagatie
• Conclusie

3. OPENBAAR
Gebaseerd op:
• T.M.H. Slangen, Supraharmonics and Electric Vehicle
Charging. PhD thesis, Eindhoven University of
Technology, 2023.

4. OPENBAAR
Overzicht
• Het frequentiebereik 2-150 kHz
• Wat: Definitie en bronnen
• Waarom: Effecten en gevolgen
• Hoe: Standaarden

5. OPENBAAR
2-150 kHz: Supraharmonischen (SHs)
• ‘Supra’: erboven of buiten
• Het zijn geen harmonischen! (want niet gerelateerd aan de grondtoon)
• De grensfrequenties zijn willekeurig (niet o.b.v. eigenschappen)
• PQ normaal gesproken tot 2 (2.4) of 9 kHz
• Geleide verstoringen in voltage en stroom
Bron: T.M.H. Slangen, Supraharmonics and Electric Vehicle Charging. PhD thesis, Eindhoven University of Technology, 2023.

6. OPENBAAR
2-150 kHz: bronnen
• Omvormers
• Kleine apparaten in huis (1-30 VA)

7. OPENBAAR
2-150 kHz: bronnen
• Omvormers
• Kleine apparaten in huis (1-30 VA)
• Grotere apparaten in/buitenshuis (3-22 kVA)

8. OPENBAAR
2-150 kHz: bronnen
• Omvormers
• Kleine apparaten in huis (1-30 VA)
• Grotere apparaten in/buitenshuis (3-22 kVA)
• Grote apparaten/installaties (vanaf 50 kVA)

9. OPENBAAR
Supraharmonischen: effecten en gevolgen
• Verminderde levensduur elektronica (met name door opwarming)
• Hoorbare interferentie (tot 20 kHz)
• Verblinden van aardlekschakelaars
• Interferentie met power-line communicatie (PLC)
• Falen van kabelmoffen/eindsluitingen (in MS/HS)
• Apparatuur-specifieke problemen
• Zoals: koffiemachines, kopieerapparaten, dimmers, aanraakgevoelige knoppen,
interne klokken (77.5 kHz), meetinstrumenten, inductiekookplaten, EV laders

10. OPENBAAR
• Verminderde levensduur elektronica (met name door opwarming)
• Hoorbare interferentie (tot 20 kHz)
• Verblinden van aardlekschakelaars
• Interferentie met power-line communicatie (PLC)
• Falen van kabelmoffen/eindsluitingen (in MS/HS)
• Apparatuur-specifieke problemen
• Zoals: koffiemachines, kopieerapparaten, dimmers, aanraakgevoelige knoppen,
interne klokken (77.5 kHz), meetinstrumenten, inductiekookplaten, EV laders
Supraharmonischen: effecten en gevolgen

11. OPENBAAR
2-150 kHz in standaarden
• IEC 61000-2-2/A1 & /A2: Compatibiliteit niveau LS
• IEC 61000-4-7 & 4-30: Meetmethoden (informatief)
• IEC TR 61000-2-15: Karakteristieken PE dominante installaties
• CISPR-16-1-2: Referentie impedantie (LISN/AMN)
• EN 50160 & 50065-1: PLC (alleen intentionele emissie)
En nog enkele apparatuur-specifieke standaarden…

12. OPENBAAR
2-150 kHz: ontbrekende standaarden
• Emissielimieten voor apparatuur
• Immuniteit / test-niveaus
• Een ‘realistische’ referentie-impedantie
• Impedantie karakteristieken apparatuur
• Normatieve meetmethoden
• Opname in Netcode elektriciteit, EN 50160, producteisen…
• EV-laders (en andere hoogvermogen omvormers) als aparte productgroep

13. OPENBAAR
Overzicht
• Het frequentiebereik 2-150 kHz
• Wat: Definitie en bronnen
• Waarom: Effecten en gevolgen
• Hoe: Standaarden
• Verder uitgelicht
• Emissie
• Sommatie
• Propagatie
• Conclusie

14. OPENBAAR
Emissie, sommatie en propagatie
~
~
4. Emission
5. Summation
6. Propagation
~
~
~
~
~
~
~
~
Bron: T.M.H. Slangen, Supraharmonics and Electric Vehicle Charging. PhD thesis, Eindhoven University of Technology, 2023.

15. OPENBAAR
Emissie
• Wat is emissie?
• Primaire en secundaire emissie
• Factoren die emissie beïnvloeden

16. OPENBAAR
Emissie
• Spanning of stroom
• CISPR, IEC, EN
• In dit onderzoek: stroom

17. OPENBAAR
Primaire emissie
Apparaat 1 Apparaat 2
Het net
Primaire emissie
apparaat 1 =
Bron: T.M.H. Slangen, Supraharmonics and Electric Vehicle Charging. PhD thesis, Eindhoven University of Technology, 2023.
Primaire emissie:
- Emissie van apparaat 1
gedreven door interne bron
- Gemeten bij apparaat 1 bij
afwezigheid andere bronnen

18. OPENBAAR
Secundaire emissie
Apparaat 1 Apparaat 2
Het net
Emissie
apparaat 1 naar apparaat 2 =
Secundaire emissie:
- Emissie van apparaat 1
die word gemeten bij
apparaat 2
- En afkomstig lijkt van
apparaat 2
Bron: T.M.H. Slangen, Supraharmonics and Electric Vehicle Charging. PhD thesis, Eindhoven University of Technology, 2023.

19. OPENBAAR
Primaire en secundaire emissie
Apparaat 1 Apparaat 2
Het net
Primaire en
secundaire emissie
apparaat 1
Primaire en secundaire emissie
apparaat 2
Bron: T.M.H. Slangen, Supraharmonics and Electric Vehicle Charging. PhD thesis, Eindhoven University of Technology, 2023.
In praktijk ook nog
emissie vanuit het
net (andere
secundaire
bronnen)

20. OPENBAAR
Primaire en secundaire
emissie
• voorbeeld
Bron: T.M.H. Slangen, Supraharmonics and Electric Vehicle Charging. PhD thesis, Eindhoven University of Technology, 2023.
Primaire emissie
Primaire + secundaire emissie
Ruis / achtergrondverstoring

21. OPENBAAR
Emissie beïnvloedende factoren
• Factoren die emissie beïnvloeden, bijv.
• Bedrijfscondities (uitgangsspanning, vermogen)
• Netcondities (impedantie, spanningsniveau, (supra)harmonischen)

22. OPENBAAR
• Voorbeeld:
DC uitgangsvermogen
en DC uitgangsspanning
Bron: T.M.H. Slangen, Supraharmonics and Electric Vehicle Charging. PhD thesis, Eindhoven University of Technology, 2023.
Emissie beïnvloedende factoren
Emissie beïnvloedende factoren

23. OPENBAAR
Emissie: deelconclusie
• Primaire emissie meet je alleen in een lab
• Spanning en stroom metingen nodig om bron te bepalen
• Verschillende factoren kunnen de emissie beïnvloeden.
• Voor omvormers vooral de DC uitgangsspanning

24. OPENBAAR
Sommatie
• O.b.v. amplitude en fasehoek (harmonischen)
• Maar, supraharmonischen niet gerelateerd aan grondtoon
• Fasehoek niet gedefineeërd
• Verschillen in frequentie → kan leiden tot interactie

25. OPENBAAR
Sommatie: praktijkvoorbeeld
Bron: T.M.H. Slangen, Supraharmonics and Electric Vehicle Charging. PhD thesis, Eindhoven University of Technology, 2023.

26. OPENBAAR
Sommatie: praktijkvoorbeeld
Bron: T.M.H. Slangen, Supraharmonics and Electric Vehicle Charging. PhD thesis, Eindhoven University of Technology, 2023.

27. OPENBAAR
Sommatie: interactie
Bron: T.M.H. Slangen, Supraharmonics and Electric Vehicle Charging. PhD thesis, Eindhoven University of Technology, 2023.

28. OPENBAAR
Sommatie: deelconclusie
• Supraharmonischen tellen niet op zoals harmonischen
• Er zijn veel variabelen en interacties die de sommatie bepalen
• Interactie kan leiden tot nieuwe componenten
• De toename in emissie is niet monotoon en vertraagd

29. OPENBAAR
Propagatie
• Niet in deze presentatie → zie proefschrift!
• Propagatie SHs van/naar middenspanning (MS)
• Impedantie 2-150 kHz
• Metingen in verschillende netten
• Vergelijking met bestaande referentie impedantie

30. OPENBAAR
Overzicht
• Het frequentiebereik 2-150 kHz
• Wat: Definitie en bronnen
• Waarom: Effecten en gevolgen
• Hoe: Standaarden
• Verder uitgelicht
• Emissie
• Sommatie
• Propagatie
• Conclusie

31. OPENBAAR
Conclusie
• Er zijn steeds meer bronnen van supraharmonische emissie
• Die emissie varieert vaak, en hangt af van verschillende factoren
• De optelling van supraharmonische emissies is niet triviaal
• Huidige standaarden beschrijven supraharmonischen onvoldoende

32. OPENBAAR
Aanbevelingen voor verder onderzoek
• Impedantie (2-150 kHz): net en van apparaten
• Sommatie van supraharmonischen in verschillende scenarios
• De effecten op apparatuur en netcomponenten t.b.v. bepaling
immuniteitsniveau
• Propagatie door en mogelijke bronnen in MS (en HS?)

33. OPENBAAR
Vragen?
Tim Slangen
Netstrateeg @ Stedin
PQ & beveiligingen
tim.slangen@stedin.net

34. OPENBAAR
BEDANKT
VOOR UW
AANDACHT