La protección anti-isla es una característica de seguridad obligatoria en todos los inversores solares conectados a la red; sin embargo, los EPC y los integradores de sistemas a menudo no comprenden bien sus mecanismos subyacentes. Este artículo explica qué es el aislamiento, cómo funcionan los métodos de detección pasivos y activos, qué estándares globales se aplican y cómo las series SG-CX y SH de Sungrow implementan y certifican el aislamiento en múltiples mercados.
¿Qué es la isla y por qué es peligrosa?
Isla ocurre cuando un inversor solar conectado a la red continúa generando y suministrando energía a una sección de la red local después de que se ha desconectado la red pública, ya sea debido a un corte planificado, una falla o la operación de un relé de protección aguas arriba. El inversor, todavía energizado por el conjunto fotovoltaico, mantiene el voltaje y la frecuencia en lo que cree que es un segmento de red activo. En realidad, ese segmento está aislado del sistema principal de servicios públicos, formando efectivamente una pequeña "isla".
Las consecuencias son graves. Trabajadores de campo de servicios públicos que operan en una línea que creen que está desenergizada enfrentan el riesgo de electrocución debido a una isla alimentada por inversor que no pueden predecir. Reconectadores automáticos — dispositivos de protección que desconectan y reconectan brevemente una línea con falla para eliminar fallas transitorias — pueden intentar volver a energizar una línea que está desfasada con la isla, causando un transitorio violento que daña el equipo en ambos lados del reconectador. Desajuste de fase entre la isla y la empresa de servicios públicos que regresa puede destruir motores, transformadores y cargas sensibles conectadas aguas abajo.
Por estas razones, prácticamente todos los códigos de red en todo el mundo exigen que un inversor conectado a la red detecte la pérdida de la referencia de la red pública y se desconecte dentro de un tiempo definido; lo más común es que 2 segundos de pérdida de red, aunque el CEI 0-21 de Italia exige la desconexión en 0,1 segundos en condiciones de frecuencia específicas. El cumplimiento se verifica mediante laboratorios de pruebas de tipo y se confirma durante el proceso de aprobación de la conexión a la red.
Detección pasiva anti-isla
Los métodos de detección pasiva funcionan monitoreando continuamente los parámetros de la red y disparando el inversor cuando cualquier parámetro se sale de su ventana de funcionamiento normal. No se requiere ninguna perturbación deliberada de la salida del inversor: el inversor simplemente observa y reacciona. Los parámetros pasivos clave son:
- Sobre/Bajo voltaje (OUV): Si la carga de la isla no coincide perfectamente con la potencia de salida del inversor, el voltaje variará. El inversor monitorea el voltaje de CA y se dispara si se mueve fuera de una banda definida (por ejemplo, 85–110 % del nominal).
- Frecuencia excesiva/inferior (OUF): De manera similar, un desequilibrio de energía en la isla provoca una deriva de frecuencia. El inversor se dispara ante una desviación de frecuencia (por ejemplo, fuera de 47,5–51,5 Hz para un sistema de 50 Hz).
- Tasa de cambio de frecuencia (ROCOF): En lugar de esperar a que la frecuencia se desvíe hasta el umbral de disparo, ROCOF detecta la tasa de cambio: una frecuencia que cambia rápidamente indica una pérdida repentina de la referencia de la red. Los relés ROCOF se utilizan ampliamente en los mercados europeos (VDE-AR-N 4105, G99).
- Desplazamiento vectorial: Detecta un salto repentino en el ángulo de fase de la forma de onda de voltaje, que ocurre cuando la red se desconecta y el sistema aislado pierde su referencia de fase. Particularmente eficaz para detectar grandes eventos de red.
Los métodos pasivos son computacionalmente simples, no agregan ruido a la red y responden rápidamente cuando existe un desequilibrio de energía significativo. Su debilidad es la zona de no detección (NDZ): si la carga de la isla coincide estrechamente con la salida de potencia activa y reactiva del inversor en el momento de la desconexión, el voltaje y la frecuencia pueden permanecer dentro de la banda de funcionamiento normal indefinidamente. El problema NDZ es la principal motivación para añadir métodos de detección activos junto con los pasivos.
Detección activa anti-isla
Los métodos activos introducen deliberadamente una pequeña perturbación controlada en la salida del inversor. Cuando el inversor está conectado a la red, la gran impedancia aparente de la red absorbe la perturbación sin ningún efecto mensurable. Cuando está en isla, la perturbación se acumula (lo que hace que el voltaje o la frecuencia salgan de la banda normal) y el inversor detecta su propia desviación creciente y se dispara. Las técnicas activas comunes incluyen:
- Deriva de frecuencia activa (AFD / AFDPF): El inversor introduce una ligera polarización positiva o negativa en la frecuencia de salida, empujando la frecuencia de un sistema aislado hacia el umbral de disparo más rápido que la deriva natural sola.
- Cambio de frecuencia en modo deslizante (SMS): El bucle de bloqueo de fase del inversor está polarizado de modo que, en condiciones de isla, la frecuencia se desvía en una dirección predecible, lo que acelera la detección. SMS es uno de los métodos activos más utilizados en inversores certificados europeos y australianos, incluida la serie SG-CX de Sungrow.
- Variación de potencia reactiva (RPV): El inversor inyecta un pequeño pulso de potencia reactiva; en condiciones de isla, la desviación de voltaje resultante excede los umbrales de detección.
- Cambio de frecuencia de Sandia (SFS): Una variante mejorada de AFD en la que el sesgo de frecuencia es proporcional a la desviación de frecuencia observada, proporcionando retroalimentación positiva que lleva la frecuencia aislada rápidamente al umbral de disparo mientras permanece prácticamente imperceptible en una red activa.
Los métodos activos eliminan eficazmente la NDZ y son requeridos por la mayoría de los códigos de red actuales junto con la protección pasiva. La compensación es un grado muy pequeño de perturbación en la calidad de la energía, medida en fracciones de un porcentaje de la potencia nominal, que está dentro de los límites definidos por IEC 62116 y es imperceptible en la práctica.
Estándares globales anti-islanding
Los requisitos anti-isla están establecidos por códigos de red regionales y respaldados por estándares de prueba internacionales. La siguiente tabla resume los marcos más relevantes para los EPC solares que funcionan en múltiples mercados.
| Estándar | Región | Tiempo máximo de viaje | Requisito clave |
|---|---|---|---|
| IEEE 1547-2018 | Estados Unidos | 2 segundos | VUE, VUE más método activo; categorías de rendimiento A/B/C |
| VDE-AR-N 4105 | Alemania | 5 segundos | ROCOF más desplazamiento de vector; ventanas de disparo de voltaje/frecuencia específicas |
| AS/Nueva Zelanda 4777.2 | Australia / Nueva Zelanda | 2 segundos | VUE, OUF, método activo; respuesta voltios-VAr integrada |
| CEI 62116 | Internacional | 2 segundos | Procedimiento de prueba que define la verificación NDZ para cualquier método de detección. |
| G99/G100 | Reino Unido | 2 segundos | VUE, VUE, ROCOF; pérdida de protección de red obligatoria por encima de 16 A |
| CEI 0-21 | Italia | 0,1 segundos | Límites de frecuencia estrictos; tiempo de viaje obligatorio más rápido a nivel mundial |
IEC 62116 es el estándar de procedimiento de prueba en lugar de un código de red: define cómo se debe validar cualquier método anti-isla en un entorno de prueba de tipo utilizando una carga RLC resonante para simular las peores condiciones NDZ. Los inversores certificados según IEC 62116 han demostrado que la combinación elegida de métodos pasivos y activos detecta el aislamiento dentro del límite de tiempo del estándar incluso cuando la generación y la carga están equilibradas. Este certificado normalmente se requiere como parte de una aplicación de conexión a red G99 o AS/NZS 4777.
Cómo implementan los inversores Sungrow la función anti-isla
Sungrow's Serie SG-CX inversores de cadena comerciales y Serie SH Los inversores híbridos implementan anti-isla a través de un enfoque en capas que combina monitoreo pasivo OUV/OUF/ROCOF con SMS activo o perturbación AFD. La combinación específica depende de la versión del mercado y del código de red aplicable. Las variantes de firmware específicas del mercado están preconfiguradas con los umbrales de disparo correctos, la sensibilidad ROCOF y los parámetros del método activo para el país de destino; los EPC no necesitan configurarlos manualmente en la puesta en servicio a menos que un DNO solicite configuraciones no estándar.
La cobertura de certificación para las plataformas híbridas y de hilo actuales de Sungrow incluye IEC 62116, IEEE 1547-2018, VDE-AR-N 4105 y AS/NZS 4777.2, con certificados de prueba de tipo específicos de cada país disponibles previa solicitud a través de Econo Solar. Debido a que el firmware anti-isla está vinculado a la versión de mercado de una unidad, es importante confirmar que se solicita la variante correcta del país en la etapa de cotización; en algunos casos es posible actualizar una variante de firmware después de la entrega, pero requiere autorización de fábrica.
Para escala de servicios públicos inversor central y de cadena En implementaciones, el controlador de planta de Sungrow puede complementar el anti-isla a nivel de inversor con ROCOF adicional y protección de relé de cambio de vector en el punto de conexión, proporcionando una arquitectura de defensa en profundidad que satisface estrictos requisitos de interconexión. Los ajustes se pueden configurar mediante iSolarNube o Modbus TCP, y puede ser ajustado por personal autorizado con las credenciales de acceso adecuadas.
Puesta en marcha y prueba de protección anti-isla
Verificar el comportamiento anti-isla durante las pruebas de aceptación del sitio (SAT) es un requisito de conexión a la red en la mayoría de las jurisdicciones y una necesidad práctica antes de la aprobación de la puesta en servicio. El enfoque de verificación estándar al que hace referencia IEC 62116 utiliza un simulador de cuadrícula o una prueba de disparo de relé controlado para confirmar que el inversor se desconecta dentro del período de tiempo exigido por el código en condiciones de carga casi equilibrada.
El procedimiento práctico SAT para la mayoría de los proyectos implica tres pasos: primero, confirmar que la versión de firmware del inversor coincide con la variante aprobada y probada; en segundo lugar, realice una prueba de disparo del relé abriendo el disyuntor de la red aguas arriba mientras el inversor está generando a un nivel de salida representativo (normalmente entre el 50 % y el 100 % de la potencia nominal) y verifique que el inversor emita un disparo anti-isla dentro del tiempo requerido; tercero, documentar el tiempo de viaje, el método utilizado y la versión del firmware en el informe de puesta en servicio para presentarlo al DNO o al operador de red.
Para proyectos en los que el DNO requiere pruebas presenciadas (común en el Reino Unido según G99 y en Australia según los acuerdos de conexión AS/NZS 4777), Econo Solar puede proporcionar los certificados de prueba de tipo y las plantillas de documentación de puesta en servicio que esperan los operadores de red. Garantizar que esta documentación se prepare antes de la fecha del SAT evita la causa más común de retrasos en la puesta en servicio en proyectos fotovoltaicos comerciales medianos y grandes.