การป้องกันการพลิกคว่ำในอินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์: ทำงานอย่างไรและเหตุใดจึงมีความสำคัญ

การป้องกันการพลิกคว่ำเป็นคุณสมบัติด้านความปลอดภัยที่จำเป็นในอินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์ที่ผูกกับกริดทุกตัว แต่กลไกพื้นฐานของมันมักจะเข้าใจได้ไม่ดีนักโดย EPC และผู้รวมระบบ บทความนี้จะอธิบายว่า Islanding คืออะไร วิธีการตรวจจับแบบพาสซีฟและแอ็กทีฟทำงานอย่างไร มาตรฐานสากลที่นำไปใช้ และวิธีที่ซีรีส์ SG-CX และ SH ของ Sungrow นำไปใช้และรับรองการป้องกันการเกาะติดในหลายตลาด

เกาะคืออะไรและเหตุใดจึงเป็นอันตราย?

เกาะ เกิดขึ้นเมื่ออินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์ที่ผูกกับกริดยังคงสร้างและจ่ายพลังงานให้กับส่วนของเครือข่ายท้องถิ่นหลังจากที่โครงข่ายสาธารณูปโภคถูกตัดการเชื่อมต่อ ไม่ว่าจะเกิดจากการหยุดทำงานตามแผน ความผิดปกติ หรือการทำงานของรีเลย์ป้องกันอัปสตรีม อินเวอร์เตอร์ซึ่งยังคงใช้พลังงานจากอาร์เรย์ PV จะรักษาแรงดันไฟฟ้าและความถี่ในสิ่งที่เชื่อว่าเป็นส่วนกริดแบบสด ในความเป็นจริง ส่วนนั้นถูกแยกออกจากระบบสาธารณูปโภคหลัก ทำให้เกิดเป็น "เกาะ" เล็กๆ ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ผลที่ตามมาจะร้ายแรง พนักงานสาธารณูปโภคภาคสนาม การทำงานบนสายการผลิตที่พวกเขาเชื่อว่าไม่มีพลังงาน ต้องเผชิญกับความเสี่ยงจากไฟฟ้าช็อตจากเกาะที่ป้อนอินเวอร์เตอร์ ซึ่งพวกเขาไม่สามารถคาดเดาได้ เครื่องปิดอัตโนมัติ - อุปกรณ์ป้องกันที่ตัดการเชื่อมต่อชั่วคราวและเชื่อมต่อสายไฟฟ้าที่มีข้อบกพร่องอีกครั้งเพื่อล้างข้อบกพร่องชั่วคราว - อาจพยายามจ่ายพลังงานใหม่ให้กับสายที่อยู่นอกเฟสกับเกาะ ทำให้เกิดภาวะชั่วคราวที่รุนแรงซึ่งสร้างความเสียหายให้กับอุปกรณ์ทั้งสองด้านของตัวปิดกลับ เฟสไม่ตรงกัน ระหว่างเกาะกับสาธารณูปโภคที่ส่งคืนสามารถทำลายมอเตอร์ หม้อแปลงไฟฟ้า และโหลดที่มีความละเอียดอ่อนที่เชื่อมต่ออยู่ท้ายน้ำได้

ด้วยเหตุผลเหล่านี้ แทบทุกรหัสกริดทั่วโลกจึงออกคำสั่งให้อินเวอร์เตอร์ที่ผูกกับกริดตรวจจับการสูญเสียการอ้างอิงยูทิลิตี้และตัดการเชื่อมต่อภายในระยะเวลาที่กำหนด — โดยทั่วไป 2 วินาที ของการสูญเสียกริด แม้ว่า CEI 0-21 ของอิตาลีจะต้องตัดการเชื่อมต่อภายใน 0.1 วินาทีภายใต้เงื่อนไขความถี่เฉพาะ การปฏิบัติตามข้อกำหนดได้รับการตรวจสอบโดยห้องปฏิบัติการทดสอบประเภทและได้รับการยืนยันในระหว่างกระบวนการอนุมัติการเชื่อมต่อโครงข่าย

การตรวจจับการป้องกันการเกาะติดแบบพาสซีฟ

วิธีการตรวจจับแบบพาสซีฟทำงานโดยการตรวจสอบพารามิเตอร์กริดอย่างต่อเนื่อง และสะดุดอินเวอร์เตอร์เมื่อพารามิเตอร์ใดๆ เคลื่อนที่ออกนอกกรอบการทำงานปกติ ไม่จำเป็นต้องจงใจรบกวนเอาท์พุตของอินเวอร์เตอร์ อินเวอร์เตอร์เพียงแค่สังเกตและตอบสนอง พารามิเตอร์แฝงที่สำคัญคือ:

• แรงดันไฟฟ้าสูง/ต่ำ (OUV): หากโหลดของเกาะไม่ตรงกับกำลังไฟฟ้าเอาท์พุตของอินเวอร์เตอร์ แรงดันไฟฟ้าจะลอยไป อินเวอร์เตอร์จะตรวจสอบแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับและตัดการทำงานหากเคลื่อนที่นอกช่วงความถี่ที่กำหนด (เช่น 85–110% ของค่าที่กำหนด)
• สูง/ต่ำความถี่ (OUF): ในทำนองเดียวกัน ความไม่สมดุลของพลังงานบนเกาะทำให้ความถี่ลอยไป อินเวอร์เตอร์ตัดการทำงานด้วยความเบี่ยงเบนความถี่ (เช่น ภายนอก 47.5–51.5 Hz สำหรับระบบ 50 Hz)
• อัตราการเปลี่ยนแปลงความถี่ (ROCOF): แทนที่จะรอให้ความถี่เลื่อนไปที่เกณฑ์การเดินทาง ROCOF จะตรวจจับอัตราการเปลี่ยนแปลง — ความถี่ที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วจะส่งสัญญาณการสูญเสียการอ้างอิงกริดอย่างกะทันหัน รีเลย์ ROCOF ใช้กันอย่างแพร่หลายในตลาดยุโรป (VDE-AR-N 4105, G99)
• กะเวกเตอร์: ตรวจจับการกระโดดอย่างฉับพลันในมุมเฟสของรูปคลื่นแรงดันไฟฟ้า ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อโครงข่ายตัดการเชื่อมต่อ และระบบ Islanded สูญเสียการอ้างอิงเฟส มีประสิทธิภาพเป็นพิเศษในการตรวจจับเหตุการณ์กริดขนาดใหญ่

วิธีการแบบพาสซีฟนั้นใช้การคำนวณได้ง่าย ไม่มีเสียงรบกวนให้กับโครงข่าย และตอบสนองอย่างรวดเร็วเมื่อมีความไม่สมดุลของพลังงานอย่างมีนัยสำคัญ จุดอ่อนของพวกเขาคือ โซนที่ไม่ตรวจจับ (NDZ): หากโหลดของ Island เกิดขึ้นอย่างใกล้ชิดกับเอาท์พุตกำลังไฟฟ้าแบบแอคทีฟและรีแอกทีฟของอินเวอร์เตอร์ ณ เวลาที่ขาดการเชื่อมต่อ แรงดันไฟฟ้าและความถี่อาจคงอยู่ภายในย่านความถี่การทำงานปกติโดยไม่มีกำหนด ปัญหา NDZ เป็นแรงจูงใจหลักในการเพิ่มวิธีการตรวจจับแบบแอคทีฟควบคู่ไปกับวิธีการแบบพาสซีฟ

การตรวจจับการเกาะติดแบบแอคทีฟ

วิธีการแบบแอคทีฟจงใจทำให้เกิดการรบกวนเล็กน้อยที่ได้รับการควบคุมในเอาท์พุตของอินเวอร์เตอร์ เมื่ออินเวอร์เตอร์เชื่อมต่อกับกริด อิมพีแดนซ์ที่ชัดเจนขนาดใหญ่ของกริดจะดูดซับการก่อกวนโดยไม่มีผลกระทบที่วัดได้ เมื่ออยู่เกาะ การก่อกวนจะสะสม — ขับแรงดันหรือความถี่ออกจากย่านความถี่ปกติ — และอินเวอร์เตอร์จะตรวจจับความเบี่ยงเบนและทริปที่เพิ่มขึ้นของตัวเอง เทคนิคการใช้งานทั่วไป ได้แก่:

• ดริฟท์ความถี่ที่ใช้งานอยู่ (AFD / AFDPF): อินเวอร์เตอร์ทำให้เกิดอคติเชิงบวกหรือลบเล็กน้อยกับความถี่เอาท์พุต โดยผลักความถี่ของระบบที่เกาะไปสู่ค่าขีดจำกัดทริปเร็วกว่าการดริฟท์ตามธรรมชาติเพียงอย่างเดียว
• การเปลี่ยนความถี่ของโหมดสลิป (SMS): วงจรล็อคเฟสของอินเวอร์เตอร์มีความเอนเอียง ดังนั้นภายใต้สภาวะเกาะ ความถี่จะเบี่ยงเบนไปในทิศทางที่คาดเดาได้ และเร่งการตรวจจับ SMS เป็นหนึ่งในวิธีการที่ใช้งานกันอย่างแพร่หลายในอินเวอร์เตอร์ที่ได้รับการรับรองจากยุโรปและออสเตรเลีย รวมถึงซีรีส์ SG-CX ของ Sungrow
• การเปลี่ยนแปลงพลังงานปฏิกิริยา (RPV): อินเวอร์เตอร์จะฉีดพัลส์กำลังรีแอกทีฟขนาดเล็ก ภายใต้สภาวะเกาะ การเบี่ยงเบนของแรงดันไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจะเกินกว่าเกณฑ์การตรวจจับ
• การเปลี่ยนความถี่แซนเดีย (SFS): ตัวแปร AFD ที่ได้รับการปรับปรุง ซึ่งอคติของความถี่เป็นสัดส่วนกับการเบี่ยงเบนความถี่ที่สังเกตได้ โดยให้ผลตอบรับเชิงบวกที่ขับเคลื่อนความถี่ที่เกาะกันอย่างรวดเร็วจนถึงเกณฑ์การเดินทาง ในขณะที่ยังคงมองไม่เห็นบนตารางถ่ายทอดสด

วิธีการแบบแอคทีฟจะกำจัด NDZ ได้อย่างมีประสิทธิภาพ และจำเป็นสำหรับโค้ดกริดปัจจุบันส่วนใหญ่ควบคู่ไปกับการป้องกันแบบพาสซีฟ ข้อเสียเปรียบคือการก่อกวนคุณภาพไฟฟ้าในระดับที่น้อยมาก โดยวัดเป็นเศษส่วนของเปอร์เซ็นต์ของเอาต์พุตที่ได้รับการจัดอันดับ ซึ่งอยู่ภายในขีดจำกัดที่กำหนดโดย IEC 62116 และในทางปฏิบัติไม่อาจสังเกตเห็นได้

มาตรฐานต่อต้านการเกาะติดสากล

ข้อกำหนดการป้องกันการเกาะติดถูกกำหนดโดยรหัสกริดระดับภูมิภาคและได้รับการสนับสนุนโดยมาตรฐานการทดสอบระหว่างประเทศ ตารางด้านล่างสรุปกรอบการทำงานที่เกี่ยวข้องมากที่สุดสำหรับ Solar EPC ที่ทำงานในตลาดต่างๆ

IEC 62116 เป็นมาตรฐานขั้นตอนการทดสอบแทนที่จะเป็นรหัสกริด ซึ่งกำหนดวิธีการตรวจสอบความถูกต้องของวิธีการป้องกันการเกาะติดในสภาพแวดล้อมการทดสอบประเภทโดยใช้โหลด RLC แบบเรโซแนนซ์เพื่อจำลองสภาวะ NDZ ที่แย่ที่สุด อินเวอร์เตอร์ที่ได้รับการรับรองมาตรฐาน IEC 62116 ได้แสดงให้เห็นว่าการผสมผสานระหว่างวิธีการแบบพาสซีฟและแบบแอคทีฟที่เลือกไว้ สามารถตรวจจับการเกาะตัวภายในขีดจำกัดเวลาของมาตรฐาน แม้ว่าการสร้างและโหลดจะมีความสมดุลก็ตาม โดยทั่วไปใบรับรองนี้จำเป็นต้องใช้โดยเป็นส่วนหนึ่งของแอปพลิเคชันการเชื่อมต่อกริด G99 หรือ AS/NZS 4777

อินเวอร์เตอร์ Sungrow ใช้งานระบบป้องกันการเกาะติดอย่างไร

Sungrow ซีรีส์ SG-CX อินเวอร์เตอร์สตริงเชิงพาณิชย์และ เอส ซีรีส์ อินเวอร์เตอร์ไฮบริดใช้การป้องกันการแยกส่วนผ่านแนวทางแบบเลเยอร์ที่รวมการตรวจสอบ OUV/OUF/ROCOF แบบพาสซีฟเข้ากับการก่อกวนทาง SMS หรือ AFD ที่ใช้งานอยู่ การรวมกันที่เฉพาะเจาะจงขึ้นอยู่กับเวอร์ชันของตลาดและรหัสกริดที่เกี่ยวข้อง เวอร์ชันเฟิร์มแวร์เฉพาะตลาดได้รับการกำหนดค่าไว้ล่วงหน้าด้วยเกณฑ์การเดินทางที่ถูกต้อง ความไวของ ROCOF และพารามิเตอร์วิธีการที่ใช้งานอยู่สำหรับประเทศเป้าหมาย — EPC ไม่จำเป็นต้องกำหนดค่าเหล่านี้ด้วยตนเองเมื่อเริ่มใช้งาน เว้นแต่ DNO จะร้องขอการตั้งค่าที่ไม่ได้มาตรฐาน

ความครอบคลุมของการรับรองสำหรับแพลตฟอร์มสตริงและไฮบริดในปัจจุบันของ Sungrow ประกอบด้วย IEC 62116, IEEE 1547-2018, VDE-AR-N 4105 และ AS/NZS 4777.2พร้อมใบรับรองการทดสอบประเภทเฉพาะประเทศตามคำขอผ่าน Econo Solar เนื่องจากเฟิร์มแวร์ป้องกันการสะดุดจะเชื่อมโยงกับเวอร์ชันตลาดของยูนิต จึงเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องยืนยันว่ามีการสั่งซื้อเวอร์ชันประเทศที่ถูกต้องในขั้นตอนการเสนอราคา ในบางกรณี สามารถติดตั้งเวอร์ชันเฟิร์มแวร์ภายหลังการส่งมอบได้ แต่ต้องได้รับอนุญาตจากโรงงาน

สำหรับระดับอรรถประโยชน์ อินเวอร์เตอร์ส่วนกลางและสตริง ตัวควบคุมโรงงานของ Sungrow สามารถเสริมการป้องกันการสะดุดระดับอินเวอร์เตอร์ด้วย ROCOF และการป้องกันรีเลย์กะเวกเตอร์เพิ่มเติมที่จุดเชื่อมต่อ ทำให้เกิดสถาปัตยกรรมการป้องกันในเชิงลึกที่ตอบสนองข้อกำหนดการเชื่อมต่อโครงข่ายที่เข้มงวด การตั้งค่าสามารถกำหนดได้ผ่านทาง ไอโซลาร์คลาวด์ หรือ Modbus TCP และสามารถปรับเปลี่ยนได้โดยบุคลากรที่ได้รับอนุญาตพร้อมข้อมูลรับรองการเข้าถึงที่เหมาะสม

การทดสอบการใช้งานและการทดสอบการป้องกันการเกาะติด

การตรวจสอบพฤติกรรมต่อต้านการเกาะติดระหว่างการทดสอบการยอมรับไซต์ (SAT) เป็นข้อกำหนดในการเชื่อมต่อโครงข่ายในเขตอำนาจศาลส่วนใหญ่และเป็นความจำเป็นในทางปฏิบัติก่อนที่จะเริ่มดำเนินการลงนาม วิธีการตรวจสอบมาตรฐานที่อ้างอิงโดย IEC 62116 ใช้ เครื่องจำลองกริด หรือการทดสอบทริปรีเลย์แบบควบคุมเพื่อยืนยันว่าอินเวอร์เตอร์ตัดการเชื่อมต่อภายในกรอบเวลาที่กำหนดโค้ดภายใต้สภาวะโหลดที่ใกล้สมดุล

ขั้นตอน SAT ที่ใช้งานได้จริงสำหรับโครงการส่วนใหญ่มีสามขั้นตอน ขั้นแรก ยืนยันว่าเวอร์ชันเฟิร์มแวร์ของอินเวอร์เตอร์ตรงกับเวอร์ชันที่ทดสอบประเภทและได้รับการอนุมัติ ประการที่สอง ดำเนินการทดสอบทริปรีเลย์โดยการเปิดเบรกเกอร์กริดอัปสตรีมในขณะที่อินเวอร์เตอร์กำลังสร้างที่ระดับเอาต์พุตตัวแทน (โดยทั่วไปคือ 50–100% ของกำลังพิกัด) และตรวจสอบว่าอินเวอร์เตอร์ออกทริปป้องกันการหลุดออกภายในเวลาที่กำหนด ประการที่สาม บันทึกเวลาการเดินทาง วิธีที่ใช้ และเวอร์ชันเฟิร์มแวร์ในรายงานการทดสอบการใช้งานเพื่อส่งไปยัง DNO หรือผู้ให้บริการเครือข่าย

สำหรับโครงการที่ DNO กำหนดให้ต้องมีการทดสอบแบบเห็นเหตุการณ์ ซึ่งพบได้ทั่วไปในสหราชอาณาจักรภายใต้ G99 และในออสเตรเลียภายใต้ข้อตกลงการเชื่อมต่อ AS/NZS 4777 Econo Solar สามารถจัดเตรียมใบรับรองการทดสอบประเภทและเทมเพลตเอกสารการทดสอบการใช้งานตามที่ผู้ให้บริการเครือข่ายคาดหวัง การเตรียมเอกสารนี้ก่อนวัน SAT จะช่วยหลีกเลี่ยงสาเหตุที่พบบ่อยที่สุดของความล่าช้าในการว่าจ้างโครงการ PV เชิงพาณิชย์ขนาดกลางและขนาดใหญ่