Bảo vệ chống đảo là một tính năng an toàn bắt buộc trong mọi bộ biến tần năng lượng mặt trời nối lưới - tuy nhiên các cơ chế cơ bản của nó thường không được các EPC và các nhà tích hợp hệ thống hiểu rõ. Bài viết này giải thích Islanding là gì, các phương pháp phát hiện thụ động và chủ động hoạt động như thế nào, những tiêu chuẩn toàn cầu nào được áp dụng cũng như cách các dòng SG-CX và SH của Sungrow triển khai và chứng nhận chống đảo đảo trên nhiều thị trường.
Đảo là gì và tại sao nó nguy hiểm?
Đảo xảy ra khi bộ biến tần năng lượng mặt trời nối lưới tiếp tục tạo và cung cấp điện cho một phần của mạng cục bộ sau khi lưới điện bị ngắt kết nối - cho dù do mất điện theo kế hoạch, lỗi hoặc do hoạt động của rơle bảo vệ ngược dòng. Bộ biến tần, vẫn được cung cấp năng lượng bởi mảng PV, duy trì điện áp và tần số trên phân đoạn lưới điện đang hoạt động. Trên thực tế, phân khúc đó được tách biệt khỏi hệ thống tiện ích chính, tạo thành một “hòn đảo” nhỏ một cách hiệu quả.
Hậu quả rất nghiêm trọng. Công nhân lĩnh vực tiện ích vận hành trên đường dây mà họ cho là đã mất điện sẽ phải đối mặt với nguy cơ bị điện giật từ một hòn đảo được cấp nguồn bằng biến tần mà họ không thể dự đoán được. Máy đóng cắt tự động - các thiết bị bảo vệ ngắt kết nối và kết nối lại nhanh chóng đường dây sự cố để loại bỏ các sự cố nhất thời - có thể cố gắng cấp điện lại cho đường dây lệch pha với đảo, gây ra hiện tượng quá độ dữ dội làm hỏng thiết bị ở cả hai phía của recloser. Pha không khớp giữa đảo và tiện ích quay trở lại có thể phá hủy động cơ, máy biến áp và các tải nhạy cảm được kết nối hạ lưu.
Vì những lý do này, hầu như mọi mã lưới trên toàn thế giới đều yêu cầu biến tần nối lưới phát hiện việc mất tham chiếu tiện ích và ngắt kết nối trong một thời gian xác định - phổ biến nhất là 2 giây mất lưới, mặc dù CEI 0-21 của Ý yêu cầu ngắt kết nối trong vòng 0,1 giây trong các điều kiện tần số cụ thể. Sự tuân thủ được xác minh bởi các phòng thử nghiệm điển hình và được xác nhận trong quá trình phê duyệt kết nối lưới.
Phát hiện chống đảo thụ động
Các phương pháp phát hiện thụ động hoạt động bằng cách liên tục theo dõi các thông số lưới điện và ngắt biến tần khi bất kỳ thông số nào di chuyển ra ngoài cửa sổ hoạt động bình thường của nó. Không cần cố ý làm xáo trộn đầu ra của biến tần - biến tần chỉ cần quan sát và phản ứng. Các tham số thụ động chính là:
- Trên/dưới điện áp (OUV): Nếu tải của đảo không hoàn toàn khớp với công suất đầu ra của biến tần, điện áp sẽ bị lệch. Biến tần giám sát điện áp xoay chiều và ngắt nếu nó di chuyển ra ngoài dải xác định (ví dụ: 85–110% giá trị danh định).
- Tần số trên/dưới (OUF): Tương tự, sự mất cân bằng điện năng trên đảo khiến tần số bị lệch. Biến tần ngắt khi có độ lệch tần số (ví dụ: bên ngoài 47,5–51,5 Hz đối với hệ thống 50 Hz).
- Tốc độ thay đổi tần số (ROCOF): Thay vì chờ tần số trôi đến ngưỡng ngắt, ROCOF sẽ phát hiện tốc độ thay đổi - tần số thay đổi nhanh báo hiệu sự mất tham chiếu lưới đột ngột. Rơle ROCOF được sử dụng rộng rãi ở thị trường Châu Âu (VDE-AR-N 4105, G99).
- Dịch chuyển vectơ: Phát hiện sự thay đổi đột ngột về góc pha của dạng sóng điện áp, xảy ra khi lưới điện bị ngắt kết nối và hệ thống đảo mất tham chiếu pha. Đặc biệt hiệu quả trong việc phát hiện các sự kiện lưới lớn.
Các phương pháp thụ động có tính toán đơn giản, không gây nhiễu cho lưới điện và phản hồi nhanh chóng khi có sự mất cân bằng điện năng đáng kể. Điểm yếu của họ là vùng không phát hiện (NDZ): nếu tải của đảo gần khớp với công suất tác dụng và công suất phản kháng đầu ra của biến tần tại thời điểm ngắt kết nối, điện áp và tần số có thể duy trì vô thời hạn trong dải hoạt động bình thường. Vấn đề NDZ là động lực chính để bổ sung các phương pháp phát hiện chủ động bên cạnh các phương pháp thụ động.
Phát hiện chống đảo chủ động
Các phương pháp tích cực có chủ ý đưa một nhiễu loạn nhỏ có kiểm soát vào đầu ra của biến tần. Khi biến tần được kết nối với lưới, trở kháng biểu kiến lớn của lưới sẽ hấp thụ nhiễu loạn mà không có tác động nào có thể đo lường được. Khi được đảo ngược, nhiễu loạn sẽ tích tụ — đẩy điện áp hoặc tần số ra khỏi dải thông thường — và biến tần sẽ phát hiện độ lệch và ngắt ngày càng tăng của chính nó. Các kỹ thuật hoạt động phổ biến bao gồm:
- Độ lệch tần số hoạt động (AFD / AFDPF): Biến tần tạo ra độ lệch dương hoặc âm nhẹ cho tần số đầu ra, đẩy tần số của hệ thống đảo về ngưỡng ngắt nhanh hơn so với chỉ trôi tự nhiên.
- Chuyển đổi tần số chế độ trượt (SMS): Vòng khóa pha của biến tần bị sai lệch do đó, trong điều kiện đảo, tần số lệch theo hướng có thể dự đoán được, tăng tốc độ phát hiện. SMS là một trong những phương thức hoạt động được sử dụng rộng rãi nhất trong các bộ biến tần được chứng nhận của Châu Âu và Úc, bao gồm cả dòng SG-CX của Sungrow.
- Biến đổi công suất phản kháng (RPV): Biến tần đưa vào một xung công suất phản kháng nhỏ; trong điều kiện đảo, độ lệch điện áp thu được vượt quá ngưỡng phát hiện.
- Dịch chuyển tần số Sandia (SFS): Một biến thể AFD nâng cao trong đó độ lệch tần số tỷ lệ thuận với độ lệch tần số quan sát được - cung cấp phản hồi tích cực giúp đẩy tần số đảo nhanh chóng đến ngưỡng cắt trong khi hầu như không thể nhận thấy được trên lưới điện trực tiếp.
Các phương pháp chủ động loại bỏ NDZ một cách hiệu quả và được hầu hết các mã lưới hiện tại yêu cầu bên cạnh bảo vệ thụ động. Sự đánh đổi là mức độ nhiễu loạn chất lượng điện rất nhỏ — được đo bằng phần trăm công suất định mức — nằm trong giới hạn được xác định bởi IEC 62116 và không thể nhận thấy trong thực tế.
Tiêu chuẩn chống đảo toàn cầu
Các yêu cầu chống đảo được đặt ra theo mã lưới khu vực và được hỗ trợ bởi các tiêu chuẩn thử nghiệm quốc tế. Bảng dưới đây tóm tắt các khuôn khổ phù hợp nhất cho các EPC năng lượng mặt trời hoạt động trên nhiều thị trường.
| Tiêu chuẩn | Vùng | Thời gian chuyến đi tối đa | Yêu cầu chính |
|---|---|---|---|
| IEEE 1547-2018 | Hoa Kỳ | 2 giây | OUV, OUF cộng với phương pháp hoạt động; hạng mục hiệu suất A/B/C |
| VDE-AR-N 4105 | nước Đức | 5 giây | ROCOF cộng với dịch chuyển vectơ; cửa sổ ngắt điện áp/tần số cụ thể |
| NHƯ/NZS 4777.2 | Úc / New Zealand | 2 giây | OUV, OUF, phương pháp hoạt động; tích hợp phản ứng volt-VAr |
| IEC 62116 | Quốc tế | 2 giây | Quy trình thử nghiệm xác định xác minh NDZ cho bất kỳ phương pháp phát hiện nào |
| G99 / G100 | Vương quốc Anh | 2 giây | OUV, OUF, ROCOF; mất bảo vệ nguồn điện bắt buộc trên 16 A |
| CEI 0-21 | Ý | 0,1 giây | Giới hạn tần số nghiêm ngặt; thời gian chuyến đi bắt buộc nhanh nhất trên toàn cầu |
IEC 62116 là tiêu chuẩn quy trình thử nghiệm chứ không phải là mã lưới - nó xác định cách thức xác nhận mọi phương pháp chống đảo trong môi trường thử nghiệm kiểu sử dụng tải RLC cộng hưởng để mô phỏng các điều kiện NDZ trong trường hợp xấu nhất. Các bộ biến tần được chứng nhận theo tiêu chuẩn IEC 62116 đã chứng minh rằng sự kết hợp giữa phương pháp thụ động và chủ động được lựa chọn của họ sẽ phát hiện hiện tượng đảo trong giới hạn thời gian của tiêu chuẩn ngay cả khi nguồn phát và tải được cân bằng. Chứng chỉ này thường được yêu cầu như một phần của ứng dụng kết nối lưới G99 hoặc AS/NZS 4777.
Biến tần Sungrow thực hiện chống đảo như thế nào
của Sungrow Dòng SG-CX bộ biến tần chuỗi thương mại và dòng SH Bộ biến tần lai triển khai khả năng chống đảo thông qua phương pháp phân lớp kết hợp giám sát OUV/OUF/ROCOF thụ động với nhiễu loạn SMS hoặc AFD chủ động. Sự kết hợp cụ thể tùy thuộc vào phiên bản thị trường và mã lưới áp dụng. Các biến thể chương trình cơ sở dành riêng cho thị trường được định cấu hình trước với ngưỡng hành trình chính xác, độ nhạy ROCOF và các tham số phương pháp hoạt động cho quốc gia mục tiêu — EPC không cần định cấu hình thủ công những điều này khi vận hành trừ khi DNO yêu cầu cài đặt không chuẩn.
Phạm vi chứng nhận cho nền tảng chuỗi và kết hợp hiện tại của Sungrow bao gồm IEC 62116, IEEE 1547-2018, VDE-AR-N 4105 và AS/NZS 4777.2, với chứng chỉ kiểm tra loại cụ thể theo quốc gia có sẵn theo yêu cầu thông qua Econo Solar. Vì chương trình cơ sở chống đảo được gắn với phiên bản thị trường của một thiết bị, điều quan trọng là phải xác nhận rằng phiên bản quốc gia chính xác được đặt hàng ở giai đoạn báo giá — trong một số trường hợp, có thể trang bị thêm phiên bản chương trình cơ sở sau khi giao hàng nhưng cần có sự cho phép của nhà máy.
Đối với quy mô tiện ích biến tần trung tâm và chuỗi Khi triển khai, bộ điều khiển nhà máy của Sungrow có thể bổ sung khả năng chống đảo ở cấp độ biến tần bằng ROCOF bổ sung và bảo vệ rơle dịch chuyển vectơ tại điểm kết nối, cung cấp kiến trúc phòng thủ chuyên sâu đáp ứng các yêu cầu kết nối nghiêm ngặt. Cài đặt có thể được cấu hình thông qua iSolarCloud hoặc Modbus TCP và có thể được điều chỉnh bởi nhân viên có thẩm quyền với thông tin xác thực truy cập phù hợp.
Vận hành và thử nghiệm Bảo vệ chống đảo
Xác minh hành vi chống đảo trong quá trình kiểm tra chấp nhận địa điểm (SAT) là yêu cầu kết nối lưới ở hầu hết các khu vực pháp lý và là điều cần thiết thực tế trước khi phê duyệt vận hành. Phương pháp xác minh tiêu chuẩn được tham chiếu bởi IEC 62116 sử dụng mô phỏng lưới hoặc thử nghiệm ngắt rơ-le có điều khiển để xác nhận rằng biến tần ngắt kết nối trong cửa sổ thời gian bắt buộc theo mã trong điều kiện tải gần cân bằng.
Quy trình SAT thực tế cho hầu hết các dự án bao gồm ba bước: thứ nhất, xác nhận phiên bản chương trình cơ sở của biến tần phù hợp với biến thể đã được kiểm tra và phê duyệt; thứ hai, thực hiện kiểm tra ngắt rơle bằng cách mở cầu dao lưới phía trên trong khi biến tần đang tạo ra ở mức đầu ra đại diện (thường là 50–100% công suất định mức) và xác minh rằng biến tần phát hành ngắt chống đảo trong thời gian yêu cầu; thứ ba, ghi lại thời gian chuyến đi, phương pháp được sử dụng và phiên bản chương trình cơ sở trong báo cáo vận hành để gửi cho DNO hoặc nhà điều hành mạng.
Đối với các dự án mà DNO yêu cầu thử nghiệm có chứng kiến — phổ biến ở Vương quốc Anh theo G99 và ở Úc theo thỏa thuận kết nối AS/NZS 4777 — Econo Solar có thể cung cấp chứng chỉ thử nghiệm điển hình và các mẫu tài liệu vận hành mà các nhà khai thác mạng mong đợi. Việc đảm bảo thủ tục giấy tờ này được chuẩn bị trước ngày SAT sẽ tránh được nguyên nhân phổ biến nhất gây ra sự chậm trễ trong việc vận hành các dự án PV thương mại vừa và lớn.