Защита от изолирования является обязательной функцией безопасности в каждом солнечном инверторе, подключенном к сети, однако ее основные механизмы часто плохо понимаются EPC и системными интеграторами. В этой статье объясняется, что такое изолированность, как работают пассивные и активные методы обнаружения, какие глобальные стандарты применяются, а также как серии SG-CX и SH от Sungrow реализуют и сертифицируют защиту от изолированности на различных рынках.
Что такое островинг и почему он опасен?
островитинг происходит, когда подключенный к сети солнечный инвертор продолжает генерировать и подавать электроэнергию на участок локальной сети после отключения электросети — будь то из-за планового отключения, неисправности или срабатывания вышестоящего реле защиты. Инвертор, все еще получающий питание от фотоэлектрической батареи, поддерживает напряжение и частоту в том, что, по его мнению, является активным сегментом сети. На самом деле этот сегмент изолирован от основной инженерной системы, фактически образуя небольшой «остров».
Последствия серьезные. Полевые работники коммунальных предприятий работающие на линии, которая, по их мнению, обесточена, сталкиваются с риском поражения электрическим током из-за острова с инверторным питанием, который они не могут предсказать. Автоматические реклоузеры — защитные устройства, которые на короткое время отключают и снова подключают неисправную линию для устранения переходных замыканий — могут попытаться повторно подать напряжение на линию, которая находится в противофазе с островом, вызывая резкий переходный процесс, который повреждает оборудование с обеих сторон устройства повторного включения. Рассогласование фаз между островом и возвращающейся энергосистемой может вывести из строя двигатели, трансформаторы и чувствительные нагрузки, подключенные ниже по сети.
По этим причинам практически все сетевые нормы и правила во всем мире требуют, чтобы сетевой инвертор обнаруживал потерю источника питания и отключался в течение определенного времени — чаще всего 2 секунды потери в сети, хотя итальянский CEI 0-21 требует отключения в течение 0,1 секунды при определенных условиях частоты. Соответствие проверяется лабораториями типовых испытаний и подтверждается в процессе утверждения подключения к сети.
Пассивное обнаружение предотвращения изолирования
Методы пассивного обнаружения работают путем постоянного мониторинга параметров сети и отключения инвертора, когда какой-либо параметр выходит за пределы нормального рабочего окна. Никакого преднамеренного изменения выходного сигнала инвертора не требуется — инвертор просто наблюдает и реагирует. Ключевые пассивные параметры:
- Повышенное/пониженное напряжение (OUV): Если нагрузка острова не полностью соответствует выходной мощности инвертора, напряжение будет дрейфовать. Инвертор контролирует напряжение переменного тока и отключается, если оно выходит за пределы определенного диапазона (например, 85–110 % от номинального).
- Повышенная/пониженная частота (OUF): Точно так же дисбаланс мощности на острове приводит к дрейфу частоты. Инвертор отключается при отклонении частоты (например, за пределами 47,5–51,5 Гц для системы 50 Гц).
- Скорость изменения частоты (ROCOF): Вместо того, чтобы ждать, пока частота достигнет порога отключения, ROCOF определяет скорость изменения — быстрое изменение частоты сигнализирует о внезапной потере опорного значения сети. Реле ROCOF широко используются на европейских рынках (VDE-AR-N 4105, G99).
- Векторный сдвиг: Обнаруживает внезапный скачок фазового угла формы волны напряжения, который происходит, когда сеть отключается и изолированная система теряет опорную фазу. Особенно эффективен при обнаружении крупных событий в сети.
Пассивные методы просты в вычислительном отношении, не добавляют шума в сеть и быстро реагируют при наличии значительного дисбаланса мощности. Их слабость заключается в зона необнаружения (НДЗ): если нагрузка острова близко соответствует выходной активной и реактивной мощности инвертора в момент отключения, напряжение и частота могут оставаться в пределах нормального рабочего диапазона в течение неопределенного времени. Проблема NDZ является основной причиной добавления активных методов обнаружения наряду с пассивными.
Активное обнаружение предотвращения изолирования
Активные методы намеренно вносят небольшие контролируемые возмущения в выходной сигнал инвертора. Когда инвертор подключен к сети, большой кажущийся импеданс сети поглощает возмущения без измеримого эффекта. При изолированном режиме возмущения накапливаются — напряжение или частота выходят за пределы нормального диапазона — и инвертор обнаруживает собственное растущее отклонение и отключается. Общие активные методы включают в себя:
- Активный дрейф частоты (AFD/AFDPF): Инвертор вносит небольшое положительное или отрицательное смещение в выходную частоту, приближая частоту изолированной системы к порогу срабатывания быстрее, чем при естественном дрейфе.
- Сдвиг частоты в режиме скольжения (SMS): Фазовая автоподстройка частоты инвертора смещена, поэтому в изолированных условиях частота отклоняется в предсказуемом направлении, что ускоряет обнаружение. SMS — один из наиболее широко используемых активных методов в инверторах, сертифицированных в Европе и Австралии, включая серию SG-CX компании Sungrow.
- Изменение реактивной мощности (RPV): Инвертор подает небольшой импульс реактивной мощности; в изолированных условиях результирующее отклонение напряжения превышает пороги обнаружения.
- Сдвиг частоты Сандия (SFS): Усовершенствованный вариант преобразователя частоты, в котором смещение частоты пропорционально наблюдаемому отклонению частоты, обеспечивая положительную обратную связь, которая быстро доводит изолированную частоту до порога отключения, оставаясь при этом практически незаметным в активной сети.
Активные методы эффективно устраняют NDZ и требуются большинством современных сетевых правил наряду с пассивной защитой. Компромиссом является очень небольшая степень возмущения качества электроэнергии, измеряемая в долях процента от номинальной мощности, что находится в пределах, определенных стандартом IEC 62116, и незаметно на практике.
Глобальные стандарты против изолированности
Требования по предотвращению изолирования установлены региональными сетевыми нормами и поддерживаются международными стандартами испытаний. В таблице ниже приведены наиболее подходящие концепции для EPC солнечной энергии, работающие на нескольких рынках.
| Стандартный | Регион | Максимальное время поездки | Ключевое требование |
|---|---|---|---|
| ИЭЭЭ 1547-2018 | США | 2 секунды | OUV, OUF плюс активный метод; категории производительности A/B/C |
| VDE-AR-N 4105 | Германия | 5 секунд | ROCOF плюс сдвиг вектора; определенные окна отключения по напряжению/частоте |
| АС/НЗС 4777,2 | Австралия / Новая Зеландия | 2 секунды | ОУВ, ОУФ, активный метод; встроенный отклик вольт-вар |
| МЭК 62116 | Международный | 2 секунды | Процедура испытаний, определяющая проверку NDZ для любого метода обнаружения |
| Г99/Г100 | Великобритания | 2 секунды | ОУВ, ОУФ, РОКОФ; потеря защиты сети обязательна выше 16 А |
| ЦЕИ 0-21 | Италия | 0,1 секунды | Строгие ограничения частоты; самое быстрое время обязательной поездки в мире |
IEC 62116 является стандартом процедуры испытаний, а не сетевым кодом. Он определяет, как любой метод защиты от изолирования должен быть проверен в среде типовых испытаний с использованием резонансной нагрузки RLC для имитации наихудших условий NDZ. Инверторы, сертифицированные по стандарту IEC 62116, продемонстрировали, что выбранная ими комбинация пассивных и активных методов обнаруживает секционирование в течение срока, установленного стандартом, даже если генерация и нагрузка сбалансированы. Этот сертификат обычно требуется как часть заявки на подключение к сети G99 или AS/NZS 4777.
Как инверторы Sungrow реализуют защиту от изолирования
Sungrow Серия SG-CX коммерческие струнные инверторы и серия SH Гибридные инверторы реализуют защиту от изолирования посредством многоуровневого подхода, который сочетает в себе пассивный мониторинг OUV/OUF/ROCOF с активными возмущениями SMS или AFD. Конкретная комбинация зависит от рыночной версии и применимого кода сети. Варианты встроенного ПО для конкретного рынка предварительно настроены с правильными порогами срабатывания, чувствительностью ROCOF и параметрами активного метода для целевой страны — EPC не нужно вручную настраивать их при вводе в эксплуатацию, если только DNO не запрашивает нестандартные настройки.
Сертификация текущих струнных и гибридных платформ Sungrow включает в себя IEC 62116, IEEE 1547-2018, VDE-AR-N 4105 и AS/NZS 4777.2., сертификаты типовых испытаний для конкретной страны доступны по запросу через Econo Solar. Поскольку встроенное ПО с защитой от изолирования привязано к рыночной версии устройства, на этапе предложения важно подтвердить, что заказывается правильный вариант для страны — в некоторых случаях возможна модернизация варианта встроенного ПО после поставки, но требуется разрешение завода.
Для коммунального масштаба центральный и струнный инвертор При развертывании контроллер установки Sungrow может дополнять защиту от изолирования на уровне инвертора дополнительным ROCOF и релейной защитой с векторным сдвигом в точке подключения, обеспечивая архитектуру глубокоэшелонированной защиты, которая удовлетворяет строгим требованиям к межсетевому соединению. Настройки настраиваются через iSolarCloud или Modbus TCP и может быть настроен уполномоченным персоналом с соответствующими учетными данными доступа.
Ввод в эксплуатацию и тестирование защиты от изолирования
Проверка поведения, препятствующего изолированию, во время приемочных испытаний на объекте (SAT) является требованием к подключению к сети в большинстве юрисдикций и практической необходимостью перед вводом в эксплуатацию. Стандартный подход к проверке, указанный в IEC 62116, использует симулятор сетки или тест на срабатывание управляемого реле, чтобы убедиться, что инвертор отключается в течение установленного кодом временного окна в условиях почти сбалансированной нагрузки.
Практическая процедура SAT для большинства проектов включает три этапа: во-первых, убедитесь, что версия прошивки инвертора соответствует варианту, прошедшему типовые испытания и одобренному; во-вторых, выполните проверку срабатывания реле, разомкнув выключатель сети на входе, пока инвертор генерирует мощность на репрезентативном уровне выходной мощности (обычно 50–100 % номинальной мощности), и убедитесь, что инвертор выполняет отключение защиты от секционирования в течение необходимого времени; в-третьих, задокументируйте время отключения, использованный метод и версию прошивки в отчете о вводе в эксплуатацию для отправки оператору сети или сетевому оператору.
Для проектов, где DNO требует испытаний под свидетелем (обычных в Великобритании в соответствии с G99 и в Австралии в соответствии с соглашениями о подключении AS/NZS 4777), Econo Solar может предоставить сертификаты типовых испытаний и шаблоны документации по вводу в эксплуатацию, которые ожидают сетевые операторы. Обеспечение подготовки этой документации до даты SAT позволяет избежать наиболее распространенной причины задержек при вводе в эксплуатацию средних и крупных коммерческих фотоэлектрических проектов.