Frequentiestabielere grids, laden van megawatts en snoerloos in de keuken

Het Power Electronics & Energy Storage event op 27 mei 2026 in Den Bosch belicht rond thema’s als netcongestie, batterijsystemen, thermisch management en power quality de cruciale rol van vermogenselektronica in de energietransitie. Schrijf je in voor gratis deelname.

Florian Bingel, innovatie-adviseur bij de netbeheerder TenneT, opent het event met een keynote over een adaptief regelsysteem dat bijdraagt aan de frequentie-stabiliteit in netten met lage inertie. De elektrificatie en snelle groei van hernieuwbare energie veranderen het karakter van het elektriciteitsnet ingrijpend. Waar stabiliteit traditioneel werd geleverd door de roterende massa van synchrone generatoren, domineren vandaag steeds vaker convertergebaseerde bronnen, zoals wind, zon en energieopslag. Dit leidt tot een structureel gebrek aan inertie, waardoor frequentieafwijkingen sneller en intenser optreden. Dit stelt nieuwe eisen aan de regeling van vermogenselektronica.

In zijn TU/e-masteronderzoek richtte hij zich op deze uitdaging met een combinatie van grid-forming converters, ‘virtual oscillator control’ (VOC) en een innovatief frequentieconcept: ‘complex frequency’. Het resultaat is een adaptief regelsysteem dat aantoonbaar bijdraagt aan de frequentiestabiliteit in laag-inertie netten.

In tegenstelling tot grid-following converters, die gebruik maken van PLL (‘phase locked loop’), fungeren grid-forming omvormers als spanningsbron en bepalen ze actief de spanning en frequentie. VOC biedt binnen deze categorie aanzienlijke voordelen. Door in het tijdsdomein te werken en direct gebruik te maken van lokale spannings- en stroommetingen, kan VOC uiterst snel reageren op storingen.

Complexe frequentie

Een belangrijk knelpunt in conventionele regelsystemen is de frequentiemeting zelf. PLL’s vermengen lokale dynamiek met globaal systeemgedrag, wat kan leiden tot vertraagde of overmatige vermogensinjectie. ‘Complex frequency’ doorbreekt dit door frequentie te behandelen als een complexe grootheid. Het reële deel definieert de lokale dynamiek en het imaginaire deel definieert de globale dynamiek. Dit zorgt voor een scherp onderscheid tussen lokale en globale effecten in het net. Door ‘complex frequency’ te gebruiken als input voor virtuele inertieregeling, kan een converter gerichter reageren op storingen, met minder actief vermogen en een grotere rol voor reactief vermogen.

De optimale bijdrage aan virtuele inertie blijkt sterk afhankelijk te zijn van het net en het type verstoring. Een vaste instelling is daarom zelden ideaal. In dit onderzoek wordt dit opgelost met een fuzzy logic regelaar die continu één sleutelparameter aanpast op basis van lokale frequentie en de mate van frequentieverandering. Op deze manier levert de converter alleen extra inertie wanneer dat nodig is en blijft hij onder normale omstandigheden terughoudend.

Uit diverse simulaties komt een stabieler beeld naar voren qua frequentieafwijkingen en robuust gedrag bij zowel belastingsstappen als symmetrische en asymmetrische fouten. Opvallend is dat er geen extra complexe hardware nodig is: een lokale PMU volstaat. Dit biedt perspectief voor stabiele, toekomstbestendige elektriciteitsnetten.

Megawatts laden

In de tweede keynote, pal na de lunch, neemt Gautham Ram, universitair hoofddocent Elektrische Mobiliteit aan de TU Delft, de bezoekers mee in de uitdagingen bij de elektrificatie van zwaar wegvervoer. Waar voor personenauto’s laadvermogens van enkele honderden kilowatts volstaan, vereist een beetje vrachtwagen een laadsysteem op megawatt-schaal. Aan de orde komen de snelle ontwikkelingen op het gebied van batterijgrootte en -chemie, en de grotere vermogensniveaus die nodig zijn om heavy-duty voertuigen binnen een aanvaardbaar tijdsbestek op te laden. Conventionele DC-snelladers schieten hier tekort. Oplossingen worden gezocht in laadstandaarden voor hoog vermogen, waaronder het Megawatt Charging System (MCS) of opladen via een pantograaf en Electric Road Systems (ERS/eHighways). Deze technologieën brengen complexe ontwerpuitdagingen met zich mee op het gebied van hoge stroomsterktes, thermisch beheer, veiligheid en betrouwbaarheid.

Gautham gaat ook in op het modulaire ontwerp van ultrasnelle laadstations voor vrachtwagens, met name de rol van laadarchitecturen op basis van middenspanning ssolid-state transformatoren, die mogelijkheden bieden voor compactere, efficiëntere en schaalbare systemen. Een ander thema is de integratie van megawatt-laders met lokale energieopwekking en -opslag. Door laadstations te combineren met PV-systemen en batterijopslag kunnen energiehubs worden gecreëerd die congestie op het net verminderen en flexibiliteit toevoegen aan het elektriciteitssysteem. Dit vereist geavanceerde regelstrategieën en robuuste vermogenselektronica om de energiestromen tussen het voertuig, de opslagsystemen en het net dynamisch te beheren.

Snoerloos in de keuken

De slag naar groter vermogens wordt ook gemaakt in draadloze energie-overdracht. Vorig jaar kwam de Wireless Power Consortium (WPC) met de Ki Cordless Kitchen standaard voor keukenapparatuur tot een vermogen van 2,2 kW. Beduidend meer dan bij de Q12-standaard, waarbij 15 W via elektromagnetische inductie kan worden overgedragen voor het laden van bijvoorbeeld oortjes en smartphones. Met die 2,2 kW ligt het draadloos voeden van waterkokers, blenders en foodprocessors binnen bereik. 

Will Ettes, senior designer power electronics bij Philips, gaat in de afsluitende keynote in op de consequenties voor de vermogenselektronica. Ki kan je niet louter zien als een opschaling van Qi, maar vereist een fundamenteel ander systeemontwerp. 

Van laden naar direct voeden

Een cruciaal verschil met eerdere WPC-standaarden is dat Ki geen energie opslaat in een lokale accu. Het draadloos overgedragen vermogen voedt de belasting direct: verwarmingselementen, motoren en vermogenselektronica worden zonder buffer aangestuurd. Dit stelt hoge eisen aan de stabiliteit en dynamiek van het systeem, vooral bij snelle belastingvariaties die typisch zijn voor huishoudelijke apparatuur.

Daarbij komt dat Ki is opgezet als ‘interoperabele’ standaard. Zenders en ontvangers van verschillende fabrikanten moeten betrouwbaar samenwerken, wat betekent dat de vermogenselektronica moet kunnen dealen met een breed scala aan mechanische en elektrische randvoorwaarden.

Een van de grootste technische uitdagingen is de variatie in magnetische koppeling tussen zender en ontvanger. In een keukenomgeving is de afstand tussen de spoelen sterk afhankelijk van de dikte van het werkblad. Afstanden van 15 tot 40 mm zijn realistisch, terwijl de diameter van de ontvangerspoel varieert tussen 8 en 18 cm. Het gevolg is een groot bereik in koppelfactor, van circa k = 0,15 tot 0,75. Voor ontwerpers betekent dit dat spanning, stroom en resonantiecondities over een breed spectrum kunnen verschuiven, terwijl het uitgangsvermogen constant moet blijven.

Om dit probleem beheersbaar te maken, maakt Ki gebruik van load-resonante invertertopologieën. Door de resonantie zowel aan de zender- als de ontvangerzijde te positioneren, kan het systeem efficiënter omgaan met variaties in koppeling en belasting. Tegelijkertijd blijven gunstige schakelcondities, zoals zero-voltage switching, over een groot werkgebied behouden.

Een tweede sleutel tot robuuste werking is de combinatie van meerdere regelmechanismen. De Ki-standaard ondersteunt regeling van de duty-cycle voor nauwkeurige vermogensinstelling rond nominale koppeling, frequentieregeling om verschuivende resonantiepunten te compenseren en burst-mode regeling voor stabiele werking bij lage belasting of ongunstige koppeling. Deze meerdimensionale aanpak maakt het mogelijk om het systeem stabiel te houden over het volledige vermogens- en koppelfactorbereik, terwijl EMC-emissies en componentstress worden beperkt.

Veiligheid 

Naast efficiëntie speelt veiligheid een centrale rol in het Ki-ontwerp. Vermogensoverdracht start uitsluitend na digitale handshaking tussen zender en ontvanger. Bij verplaatsing of kantelen van het apparaat wordt het vermogen direct uitgeschakeld. Daarmee is Ki intrinsiek veilig, zelfs bij hoge vermogens. Voor ontwerpers van vermogenselektronica betekent dit dat vermogensregeling, communicatie en veiligheid niet los van elkaar kunnen worden gezien.

Uitgebreid programma

Naast de drie keynotes biedt het programma van Power Electronics & Energy Storage ruim vijftien, lezingen, grotendeels verzorgd door of op uitnodiging van de exposerende leveranciers. Traditioneel verzorgt de Haagse Hogeschool een workshop. Docent Peter van Duijsen, die als onderzoeker is verbonden aan het DC-lab, legt in een klein uur uit wat netcongestie precies inhoudt, waar het zich voordoet en hoe vermogenselektronica en batterijopslag daarin oplossingen kunnen bieden.

Een kleine twintig leveranciers presenteren op de beursvloer producten, oplossingen en applicaties op het gebied van vermogenselektronica en energie-opslag. Daaronder zijn er ook enkele met live demo’s, zoals TTMS (zonnepaneel-simulator en grid-emulator), Chroma ATE (programmeerbare bidirectionele DC-voeding) en Dewetron (meting van netimpedantie).

⚠️ Geen vacatures gevonden.