La protection anti-îlotage est une fonction de sécurité obligatoire dans tout onduleur solaire connecté au réseau, mais ses mécanismes sous-jacents sont souvent mal compris par les EPC et les intégrateurs de systèmes. Cet article explique ce qu'est l'îlotage, comment fonctionnent les méthodes de détection passive et active, quelles normes mondiales s'appliquent et comment les séries SG-CX et SH de Sungrow mettent en œuvre et certifient l'anti-îlotage sur plusieurs marchés.
Qu’est-ce que l’îlotage et pourquoi est-ce dangereux ?
Ilôtage se produit lorsqu'un onduleur solaire connecté au réseau continue de générer et de fournir de l'électricité à une section du réseau local après la déconnexion du réseau électrique public, que ce soit en raison d'une panne planifiée, d'un défaut ou du fonctionnement d'un relais de protection en amont. L'onduleur, toujours alimenté par le générateur photovoltaïque, maintient la tension et la fréquence sur ce qu'il considère comme un segment de réseau sous tension. En réalité, ce segment est isolé du principal système de services publics, formant ainsi une petite « île ».
Les conséquences sont graves. Travailleurs sur le terrain des services publics exploitant une ligne qu'ils croient être hors tension, ils s'exposent à un risque d'électrocution provenant d'un îlot alimenté par un onduleur qu'ils ne peuvent pas prévoir. Réenclencheurs automatiques — des dispositifs de protection qui déconnectent et reconnectent brièvement une ligne défectueuse pour éliminer les défauts transitoires — peuvent tenter de remettre sous tension une ligne déphasée par rapport à l'îlot, provoquant un violent transitoire qui endommage l'équipement des deux côtés du réenclencheur. Inadéquation de phase entre l'îlot et le service public de retour peut détruire les moteurs, les transformateurs et les charges sensibles connectés en aval.
Pour ces raisons, pratiquement tous les codes réseau dans le monde exigent qu'un onduleur connecté au réseau détecte la perte de la référence du service public et se déconnecte dans un délai défini - le plus souvent. 2 secondes de perte du réseau, bien que la CEI 0-21 italienne exige une déconnexion dans un délai de 0,1 seconde dans des conditions de fréquence spécifiques. La conformité est vérifiée par des laboratoires d'essais de type et confirmée lors du processus d'approbation du raccordement au réseau.
Détection passive anti-îlotage
Les méthodes de détection passive fonctionnent en surveillant en permanence les paramètres du réseau et en déclenchant l'onduleur lorsqu'un paramètre sort de sa fenêtre de fonctionnement normale. Aucune perturbation délibérée de la sortie de l'onduleur n'est nécessaire : l'onduleur se contente d'observer et de réagir. Les principaux paramètres passifs sont :
- Sur/sous tension (OUV) : Si la charge de l'îlot ne correspond pas parfaitement à la puissance de sortie de l'onduleur, la tension dérivera. L'onduleur surveille la tension alternative et se déclenche s'il sort d'une bande définie (par exemple, 85 à 110 % de la valeur nominale).
- Sur/sous-fréquence (OUF) : De même, un déséquilibre de puissance dans l’îlot entraîne une dérive de fréquence. L'onduleur se déclenche en cas d'écart de fréquence (par exemple, en dehors de 47,5 à 51,5 Hz pour un système à 50 Hz).
- Taux de changement de fréquence (ROCOF) : Plutôt que d'attendre que la fréquence dérive jusqu'au seuil de déclenchement, ROCOF détecte le taux de changement : une fréquence qui change rapidement signale une perte soudaine de la référence du réseau. Les relais ROCOF sont largement utilisés sur les marchés européens (VDE-AR-N 4105, G99).
- Décalage vectoriel : Détecte un saut soudain dans l'angle de phase de la forme d'onde de tension, qui se produit lorsque le réseau se déconnecte et que le système îloté perd sa référence de phase. Particulièrement efficace pour détecter les événements sur une grande grille.
Les méthodes passives sont simples sur le plan informatique, n’ajoutent aucun bruit au réseau et réagissent rapidement en cas de déséquilibre de puissance important. Leur faiblesse est la zone de non-détection (NDZ): si la charge de l'îlot correspond étroitement à la puissance active et réactive de l'onduleur au moment de la déconnexion, la tension et la fréquence peuvent rester indéfiniment dans la bande de fonctionnement normale. Le problème NDZ est la principale motivation pour ajouter des méthodes de détection actives aux côtés des méthodes passives.
Détection active anti-îlotage
Les méthodes actives introduisent délibérément une petite perturbation contrôlée dans la sortie de l'onduleur. Lorsque l'onduleur est connecté au réseau, la grande impédance apparente du réseau absorbe la perturbation sans effet mesurable. Lorsqu'il est îloté, la perturbation s'accumule - entraînant la tension ou la fréquence hors de la bande normale - et l'onduleur détecte sa propre déviation croissante et se déclenche. Les techniques actives courantes comprennent :
- Dérive de fréquence active (AFD / AFDPF) : L'onduleur introduit une légère polarisation positive ou négative dans la fréquence de sortie, poussant la fréquence d'un système insulaire vers le seuil de déclenchement plus rapidement que la dérive naturelle seule.
- Changement de fréquence en mode glissement (SMS) : La boucle à verrouillage de phase de l'onduleur est polarisée de sorte que, dans des conditions d'îlotage, la fréquence dévie dans une direction prévisible, accélérant ainsi la détection. SMS est l'une des méthodes actives les plus largement utilisées dans les onduleurs certifiés européens et australiens, y compris la série SG-CX de Sungrow.
- Variation de puissance réactive (RPV) : L'onduleur injecte une petite impulsion de puissance réactive ; dans des conditions d'îlotage, l'écart de tension résultant dépasse les seuils de détection.
- Changement de fréquence Sandia (SFS) : Une variante AFD améliorée dans laquelle le biais de fréquence est proportionnel à l'écart de fréquence observé — fournissant une rétroaction positive qui amène rapidement la fréquence îlotée jusqu'au seuil de déclenchement tout en restant pratiquement imperceptible sur un réseau actif.
Les méthodes actives éliminent efficacement la NDZ et sont requises par la plupart des codes de réseau actuels, parallèlement à la protection passive. Le compromis est un très faible degré de perturbation de la qualité de l'énergie — mesuré en fractions de pour cent de la puissance nominale — qui se situe bien dans les limites définies par la CEI 62116 et imperceptible dans la pratique.
Normes mondiales anti-îlotage
Les exigences anti-îlotage sont fixées par les codes de réseau régionaux et soutenues par des normes de test internationales. Le tableau ci-dessous résume les cadres les plus pertinents pour les EPC solaires fonctionnant sur plusieurs marchés.
| Norme | Région | Temps de trajet maximum | Exigence clé |
|---|---|---|---|
| IEEE 1547-2018 | États-Unis | 2 secondes | OUV, OUF plus méthode active ; catégories de performances A/B/C |
| VDE-AR-N 4105 | Allemagne | 5 secondes | ROCOF plus décalage vectoriel ; fenêtres de déclenchement tension/fréquence spécifiques |
| AS/NZS4777.2 | Australie / Nouvelle-Zélande | 2 secondes | OUV, OUF, méthode active ; Réponse Volt-VAr intégrée |
| CEI 62116 | Internationale | 2 secondes | Procédure de test définissant la vérification NDZ pour toute méthode de détection |
| G99 / G100 | Royaume-Uni | 2 secondes | OUV, OUF, ROCOF; perte de protection secteur obligatoire au dessus de 16 A |
| CEI 0-21 | Italie | 0,1 seconde | Limites de fréquence strictes ; temps de trajet obligatoire le plus rapide au monde |
La norme CEI 62116 est la norme de procédure de test plutôt qu'un code de grille : elle définit comment toute méthode anti-îlotage doit être validée dans un environnement de test de type utilisant une charge RLC résonante pour simuler les pires conditions NDZ. Les onduleurs certifiés CEI 62116 ont démontré que la combinaison choisie de méthodes passives et actives détecte l'îlotage dans le délai fixé par la norme, même lorsque la production et la charge sont équilibrées. Ce certificat est généralement requis dans le cadre d'une demande de connexion au réseau G99 ou AS/NZS 4777.
Comment les onduleurs Sungrow mettent en œuvre l'anti-îlotage
Sungrow's Série SG-CX onduleurs de branche commerciaux et Série SH les onduleurs hybrides mettent en œuvre l'anti-îlotage grâce à une approche en couches qui combine une surveillance passive OUV/OUF/ROCOF avec une perturbation active SMS ou AFD. La combinaison spécifique dépend de la version du marché et du code réseau applicable. Les variantes de micrologiciel spécifiques au marché sont préconfigurées avec les seuils de déclenchement, la sensibilité ROCOF et les paramètres de méthode active appropriés pour le pays cible. Les EPC n'ont pas besoin de les configurer manuellement lors de la mise en service, à moins qu'un GRD ne demande des paramètres non standard.
La couverture de certification pour les plates-formes à cordes et hybrides actuelles de Sungrow comprend CEI 62116, IEEE 1547-2018, VDE-AR-N 4105 et AS/NZS 4777.2, avec des certificats d'essai de type spécifiques au pays disponibles sur demande via Econo Solar. Étant donné que le micrologiciel anti-îlotage est lié à la version commerciale d'une unité, il est important de confirmer que la variante du pays correct est commandée au stade de l'offre. La mise à niveau d'une variante du micrologiciel après la livraison est possible dans certains cas, mais nécessite une autorisation de l'usine.
Pour les services publics onduleur central et string Lors de déploiements, le contrôleur d'usine de Sungrow peut compléter l'anti-îlotage au niveau de l'onduleur avec une protection supplémentaire par relais ROCOF et à décalage vectoriel au point de connexion, fournissant ainsi une architecture de défense en profondeur qui satisfait aux exigences strictes d'interconnexion. Les paramètres sont configurables via iSolarCloud ou Modbus TCP, et peut être ajusté par le personnel autorisé avec les informations d'identification d'accès appropriées.
Mise en service et test de la protection anti-îlotage
La vérification du comportement anti-îlotage lors des tests d'acceptation sur site (SAT) est une exigence de connexion au réseau dans la plupart des juridictions et une nécessité pratique avant l'approbation de la mise en service. L'approche de vérification standard référencée par la CEI 62116 utilise un simulateur de grille ou un test de déclenchement contrôlé du relais pour confirmer que l'onduleur se déconnecte dans la fenêtre de temps imposée par le code dans des conditions de charge presque équilibrées.
La procédure SAT pratique pour la plupart des projets comprend trois étapes : premièrement, confirmer que la version du micrologiciel de l'onduleur correspond à la variante testée et approuvée ; Deuxièmement, effectuez un test de déclenchement de relais en ouvrant le disjoncteur du réseau en amont pendant que l'onduleur génère à un niveau de sortie représentatif (généralement 50 à 100 % de la puissance nominale) et vérifiez que l'onduleur émet un déclenchement anti-îlotage dans le temps requis ; Troisièmement, documentez le temps de déclenchement, la méthode utilisée et la version du micrologiciel dans le rapport de mise en service à soumettre au GRD ou à l'opérateur de réseau.
Pour les projets pour lesquels le DNO exige des tests devant témoin – courants au Royaume-Uni sous G99 et en Australie sous les accords de connexion AS/NZS 4777 – Econo Solar peut fournir les certificats d'essai de type et les modèles de documentation de mise en service qu'attendent les opérateurs de réseau. En veillant à ce que ces documents soient préparés avant la date SAT, on évite la cause la plus courante de retards de mise en service sur les projets photovoltaïques commerciaux de moyenne et grande taille.