Как да се управляват ограниченията за 'неуравновесеност в трите фази' в промишлени инсталации, съответстващи на германския стандарт VDE-AR-N 4105?

Германският стандарт за нисконапрежение мрежа: VDE-AR-N 4105

Германия е домът на една от най-съвършените и строго регулирани електрически мрежи в света. Докато страната ускорява своята Енергивенде (преход към устойчиви енергийни източници), интегрирането на разпределена слънчева енергия в нисконапрежителната мрежа трябва да се осъществява внимателно, за да се запази безопасността и надеждността на системата. Основният технически стандарт, регулиращ това включване, е VDE-AR-N 4105, озаглавен „Генератори, свързани към нисконапрежителната разпределителна мрежа“. Този стандарт установява строги изисквания за качеството на електроенергията, поддръжката на мрежата и безопасното поведение, които всички генериращи системи трябва да изпълняват. За ръководителите на промишлени предприятия в Германия, електроинженерите и B2B разработчиците на слънчеви енергийни системи управлението на трифазното неуравновесяване (известно като Schieflast) е едно от най-критичните изисквания за съответствие според стандарта VDE-AR-N 4105. Неспазването на изискванията за балансиране на системата може да доведе до отказ за включване от страна на местните оператори на разпределителни мрежи (DSO) или до незабавно изключване от мрежата.

Това ръководство обяснява какво представлява трите фази неуравновесеност, защо VDE-AR-N 4105 я ограничава и как да управлявате и конфигурирате успешно промишлените си слънчеви енергийни системи чрез напреднали инвертори JYINS и интелигентни контролери.

Анализ на трите фази неуравновесеност (Schieflast)

В уравновесена триметрова променлива токова (AC) мрежа напрежението и токовите вълни на всички три фази (L1, L2 и L3) имат еднакви амплитуди и са изместени една спрямо друга точно с 120 електрически градуса. Трите фази неуравновесеност възниква, когато електрическите натоварвания или генериращите мощности не са разпределени равномерно между трите фази.

Защо мрежовите оператори ограничават неуравновесеността:

• Прегряване на трансформатора: Неравните фазови токове създават неутрален ток, който се връща към трансформатора на електроснабдителя. Този ток предизвиква излишно нагряване в неутралните намотки на трансформатора, намалява неговия срок на служба и може да доведе до преждевременно повреждане.
• Напрежението се изкривява: Високият ток в една фаза предизвиква локално падане на напрежението в тази фаза, докато в другите фази напрежението се повишава. Това неравномерно напрежение може да повреди чувствителни трифазни промишлени двигатели и електрически уреди.
• Сработване на защитата при повреда към земя: Силното неуравновесяване може да задейства релета за защита при повреда към земя или при претоварване на неутрала в местните разпределителни подстанции, което води до локални прекъсвания на електроснабдяването.

За предотвратяване на тези проблеми VDE-AR-N 4105 предвижда, че максималното допустимо неуравновесяване на активната мощност между всеки две фази не трябва да надвишава 4,6 kVA. Този лимит се отнася за точката на обща връзка (PCC), където промишленото предприятие се свързва с обществената електрическа мрежа. Независимо дали неуравновесяването се дължи на еднофазни потребителски натоварвания или на неравномерна еднофазна PV генерация, резултантното неуравновесяване трябва да остава под този праг от 4,6 kVA.

Стратегии за намаляване на фазовото неуравновесяване в промишлени инсталации

Управлението на несбалансираността между фазите в големи индустриални обекти изисква комбинация от стратегическо проектиране, балансирано разпределение на натоварването и умен подбор на инвертори:

• Използване на трифазни стрингови инвертори: Най-простият и най-ефективен начин за предотвратяване на несбалансираност, предизвикана от генерирането, е използването на специализирани трифазни стрингови инвертори, като например търговската серия JYINS. Трифазният инвертор по своята същност балансира изходната си мощност, като инжектира равни количества активна мощност в L1, L2 и L3. Тъй като мощното е симетрично, самият инвертор не допринася нищо за несбалансираността между фазите в обекта.
• Симетрично разпределение на еднофазни инвертори: В по-малките системи, където трябва да се използват еднофазни инвертори, те трябва да се инсталират в групи по три. Чрез свързване на еднофазни инвертори с еднаква мощност към фазите L1, L2 и L3 общата генерирана мощност остава балансирана. Обаче, ако един инвертор се изключи поради повреда, системата незабавно ще изпита дисбаланс. За съответствие с VDE-AR-N 4105 тези инвертори трябва да са свързани чрез комуникационна мрежа, така че при изключване на един от тях другите два автоматично намаляват мощността си, за да се запази дисбалансът под 4,6 kVA.
• Балансиране на фазите при индустриални натоварвания: Индустриалните обекти са пълни с еднофазно канцеларско оборудване, осветление и специализирани машини. Електроинженерите трябва да извършат аудит на обекта и да разпределят тези натоварвания по възможно най-равномерен начин между трите фази. Симетричното натоварване на етапа на проектиране минимизира базовия дисбаланс, с който трябва да взаимодейства слънчевата система.

Ролята на инверторите JYINS и външните умни електросметачи

Докато трите фази на инверторите решават проблема с несбалансираната генерация, действителното несбалансиране в точката на свързване към мрежата е нетният резултат както от генерацията, така и от потреблението. Ако промишлен обект има несбалансирани натоварвания, дори симетричен трифазен слънчев инвертор не може да ги коригира без интелигентно управление.

За да се разреши този проблем, съвременните трифазни хибридни инвертори JYINS поддържат динамична компенсация на фазите и се интегрират с външни умни електросметачи:

• Реалновременно наблюдение: Високоточен умен електросметач (например съответстващ на стандарта VDE Janitza или JYINS) се инсталира в основната точка на свързване към мрежата. Този електросметач непрекъснато следи тока и активната мощност на L1, L2 и L3, като извършва проби няколко пъти в секунда.
• Динамично разпределение на мощността (контрол независимо от фазата): Стандартните трифазни инвертори трябва да извеждат еднаква мощност на всички фази. Въпреки това напредналите хибридни инвертори JYINS разполагат с независим контрол на мощността по фази. Ако умният брояч установи, че L1 импортира 5 kW, докато L2 и L3 са балансирани, инверторът JYINS може да коригира вътрешното си превключване, за да подаде повече мощност към L1 и да намали изхода по L2 и L3. Тази активна компенсация по фази динамично балансира нетното енергийно течение в брояча на електроснабдителя.
• Интеграция на батерийни накопители: При случаи на изключително неуравновесена натовареност хибридният инвертор JYINS може да черпи енергия от батерийния блок, за да захранва конкретни, силно натоварени фази и по този начин да поддържа нетното неуравновесяване в мрежата далеч под ограничението по VDE-AR-N 4105 от 4,6 kVA.

Пускане в експлоатация и документация за германски електроснабдителни компании

Преди търговско слънчево съоръжение да бъде разрешено за експлоатация в Германия, местният оператор на разпределителна мрежа (DSO) (например Westnetz, Netze BW или Bayernwerk) извършва подробна проверка за съвместимост с мрежата.

• Сертификат за съответствие (Einheitenzertifikat): Този документ потвърждава, че инверторът JYINS е бил тестван и сертифициран от акредитиран европейски изпитателен орган според всички изисквания на VDE-AR-N 4105.
• Електрическа схема: Подробна схема, показваща трите фази на свързване, релета за безопасност и местоположението на външния умен брояч.
• Конфигурационни регистри: Отпечатани регистри от софтуера за пускане в експлоатация на инвертора, които показват, че е избран германският мрежов профил, активирана е компенсацията на активната фаза и параметрите за сигурна комуникация функционират изцяло.

Чрез сътрудничество с JYINS и избор на нашите високопроизводителни, напълно сертифицирани трите фази инвертори и хибридни системи за енергийно съхранение, B2B дистрибуторите на слънчеви панели и EPC-фирмите могат да опростят процесите си за одобрение от страна на електроснабдителните компании и да предлагат изключително ефективни, съответстващи на нормативните изисквания и издръжливи индустриални енергийни решения по цяла Германия.