Hvordan håndteres grænserne for 'tre-fases ubalance' i industrielle installationer, der overholder den tyske VDE-AR-N 4105-standard?

Den tyske lavspændingsnetstandard: VDE-AR-N 4105

Tyskland er hjemsted for et af verdens mest sofistikerede og strengt regulerede elnet. Mens landet arbejder hen imod sin Energiewende (energistrategi), skal integrationen af decentral solkraft i lavspændingsnettet håndteres omhyggeligt for at sikre systemets sikkerhed og pålidelighed. Den grundlæggende tekniske kode, der styrer denne tilslutning, er standarden VDE-AR-N 4105 med titlen Generatorer tilsluttet lavspændingsdistributionsnettet. Denne standard fastsætter strenge krav til strømkvalitet, netstøtte og sikkerhedsmæssig adfærd, som alle produktionsanlæg skal overholde. For tyske industrielle anlægsledere, elektriske ingeniører og B2B-soludviklere er håndtering af trefaset ubalancen (kendt som Schieflast) en af de mest kritiske overholdelseskrav i henhold til VDE-AR-N 4105. Hvis systemet ikke holdes balanceret, kan det føre til, at lokale distributionsystemoperatører (DSO’er) nægter tilslutning eller umiddelbart afbryder forbindelsen til nettet.

Denne vejledning forklarer, hvad trefaseubalance er, hvorfor VDE-AR-N 4105 begrænser den, og hvordan du kan administrere og konfigurere dine industrielle solkraftsystemer med succes ved hjælp af avancerede JYINS-invertere og intelligente kontrollere.

Analyse af trefaseubalance (Schieflast)

I et afbalanceret trefaset vekselstrømsnet (AC-net) har spændings- og strømbølgeformerne for alle tre faser (L1, L2 og L3) lige store amplituder og er forskudt i forhold til hinanden præcis 120 elektriske grader. Trefaseubalance opstår, når de elektriske belastninger eller genereringskapaciteter ikke er fordelt ensartet på de tre faser.

Hvorfor netoperatører begrænser ubalance:

• Transformatoroveropvarmning: Uensartede fasestrømme skaber en nulstrøm, der løber tilbage til nettets transformator. Denne strøm forårsager overdreven opvarmning af transformatorens nulviklinger, hvilket reducerer dens levetid og potentielt kan føre til tidlig svigt.
• Spændingsforvridninger: Høj strøm på en enkelt fase forårsager et lokaliseret spændningsfald på den pågældende fase, mens de andre faser oplever en spændingsstigning. Denne ujævne spænding kan beskadige følsomme trefasede industriemotorer og elektrisk udstyr.
• Jordfejludløsning: Alvorlig ubalance kan udløse jordfejl- eller neutralstrømoverstrømsbeskyttelsesrelæer på lokale understationer, hvilket fører til lokal strømafbrydelse.

For at forhindre disse problemer kræver VDE-AR-N 4105, at den maksimale tilladelige aktive effektubalance mellem to vilkårlige faser ikke må overstige 4,6 kVA. Denne grænse gælder ved tilslutningspunktet (PCC), hvor den industrielle facilitet er tilsluttet det offentlige elnet. Uanset om ubalancen skyldes enfasede forbrugsbelastninger eller ulige enfaset PV-produktion, skal den samlede ubalance holdes under denne 4,6 kVA-grænse.

Strategier til at mindske faseubalance i industrielle installationer

At håndtere faseubalance i store industrielle faciliteter kræver en kombination af strategisk design, afbalanceret lastfordeling og intelligent valg af invertere:

• Brug af trefasede strenginvertere: Den simpleste og mest effektive måde at forhindre genereringsbetinget ubalance er at bruge dedikerede trefasede strenginvertere, såsom JYINS' kommercielle serie. En trefaset inverter afbalancerer automatisk sin effektafgivelse og indfører lige store mængder aktiv effekt i L1, L2 og L3. Da effekten er symmetrisk, bidrager inverteren selv med nul til facilitetens faseubalance.
• Symmetrisk placering af enfasede invertere: I mindre systemer, hvor enfasede invertere skal bruges, skal de installeres i grupper af tre. Ved at tilslutte enfasede invertere med ens kapacitet til L1, L2 og L3 opretholdes den samlede energiproduktion i balance. Hvis imidlertid én inverter går ned på grund af en fejl, vil systemet straks opleve en ubalance. For at overholde VDE-AR-N 4105 skal disse invertere være kommunikationsforbundne, således at hvis én enhed udløser, justerer de to andre automatisk ned for at holde ubalancen under 4,6 kVA.
• Fasebalancering af industrielle belastninger: Industrielle faciliteter indeholder mange enfasede kontorudstyr, belysning og specialiseret maskineri. Elektriske ingeniører skal foretage en revision af faciliteten og fordele disse belastninger så jævnt som muligt over de tre faser. Symmetrisk belastning i designfasen minimerer den grundlæggende ubalance, som solsystemet skal håndtere.

Rollen for JYINS-invertere og eksterne intelligente målere

Selvom trefasede invertere løser uensvægten i produktionen, er den faktiske uensvægt ved nettilslutningspunktet det samlede resultat af både produktion og forbrug. Hvis en industrianlæg har uensvægtede belastninger, kan endda en symmetrisk trefaset solinverter ikke rette dette uden intelligent styring.

For at løse dette understøtter moderne JYINS trefasede hybridinvertere dynamisk fasekompensation og integreres med eksterne intelligente målere:

• Realtimeovervågning: En præcisionsmåler (f.eks. en VDE-kompatibel Janitza- eller JYINS-måler) installeres ved hovednettilslutningspunktet. Denne måler overvåger kontinuerligt strømmen og den aktive effekt på L1, L2 og L3 med flere målinger pr. sekund.
• Dynamisk effekttildeling (faseuafhængig styring): Standard tre-faseomformere skal levere lige stor effekt på alle faser. Avancerede JYINS-hybridomformere har imidlertid uafhængig faseeffektstyring. Hvis den intelligente måler registrerer, at L1 importerer 5 kW, mens L2 og L3 er afbalanceret, kan JYINS-omformeren justere sin interne skiftning for at indspejse mere effekt i L1, samtidig med at den reducerer udgangen på L2 og L3. Denne aktive fasekompensering afbalancerer dynamisk den samlede effektflydning ved elværksmåleren.
• Integration af batterilagring: I perioder med ekstrem belastningsubalance kan JYINS-hybridomformeren trække energi fra batteribanken for at forsyne specifikke, kraftigt belastede faser og dermed holde den samlede netubalance langt under VDE-AR-N 4105-grænsen på 4,6 kVA.

Idriftsættelse og dokumentation til tyske elværker

Før en kommerciel solcelleanlæg kan godkendes til drift i Tyskland, vil den lokale DSO (f.eks. Westnetz, Netze BW eller Bayernwerk) foretage en grundig gennemgang af kompatibiliteten med elnettet.

• Overensstemmelsescertifikat (Einheitenzertifikat): Dette dokument beviser, at JYINS-inverteren er blevet testet og certificeret af en akkrediteret europæisk testinstitution for at opfylde alle krav i VDE-AR-N 4105.
• El-skema: Et detaljeret skema, der viser trefaseforbindelserne, sikkerhedsrelæer og placeringen af den eksterne intelligente måler.
• Konfigurationslogge: Udskrevne logge fra inverterens igangsatte software, der viser, at det tyske netprofil er valgt, at aktiv fasekompensation er aktiveret og at fejlsikrede kommunikationsparametre fungerer fuldt ud.

Ved at samarbejde med JYINS og vælge vores højtydende, fuldt certificerede trefasede invertere og hybrid energilagringssystemer kan B2B-sol-distributører og EPC’er forenkle deres godkendelsesprocesser hos elvirksomhederne og levere meget effektive, overholdende og holdbare industrielle energiløsninger i hele Tyskland.