Kaip valdyti „trifazės netolygumo“ ribas pramonės įrenginiuose, atitinkančiuose vokiečių žemosios įtampos tinklo standartą VDE-AR-N 4105?

Vokietijos žemosios įtampos tinklo standartas: VDE-AR-N 4105

Vokietijoje veikia viena iš pačių sudėtingiausių ir griežčiausiai reguliuojamų elektros tinklų pasaulyje. Siekdama pasiekti savo „Energiewende“ (energetinio perėjimo) tikslus, šalis atsargiai turi integruoti išsklaidytą saulės energijos gamybą į žemos įtampos tinklą, kad būtų užtikrinta sistemos saugumas ir patikimumas. Pagrindinis techninis dokumentas, nustatantis šios jungties reikalavimus, yra VDE-AR-N 4105 standartas, pavadinimu „Generatoriai, prijungti prie žemos įtampos skirstomųjų tinklų“. Šis standartas nustato griežtus reikalavimus dėl galios kokybės, tinklo paramos ir saugaus elgesio, kuriuos privalo įvykdyti visos gamybos sistemos. Vokietijos pramonės įmonių vadovams, elektrikams ir B2B saulės energijos kūrėjams pagal VDE-AR-N 4105 standartą vienas svarbiausių atitikties reikalavimų yra trijų fazių netolygumo (vadinamojo „Schieflast“) valdymas. Jei sistema nebus išlaikyta subalansuota, vietos skirstomųjų tinklų operatoriai (DSO) gali atsisakyti prijungti ją prie tinklo arba nedelsiant atjungti nuo tinklo.

Ši instrukcija paaiškina, kas yra trijų fazių nesimetrija, kodėl VDE-AR-N 4105 ją riboja ir kaip sėkmingai valdyti bei konfigūruoti pramoninius saulės energijos sistemas naudojant pažangius JYINS invertorius ir protinguosius valdiklius.

Trišakės nesimetrijos (Schieflast) analizė

Subalansuotoje trijų fazių kintamosios srovės (AC) tinklo sistemoje visų trijų fazių (L1, L2 ir L3) įtampų ir srovės bangos turi vienodas amplitudes ir yra pasislinkusios viena nuo kitos tiksliai 120 elektrinių laipsnių. Trijų fazių nesimetrija atsiranda, kai elektros apkrova arba energijos gamybos galia nėra vienodai paskirstytos tarp trijų fazių.

Kodėl tinklo operatoriai riboja nesimetriją:

• Transformatoriaus perkaitimas: nesubalansuotos fazių srovės sukuria neutralinę srovę, kuri grįžta į tiekimo įmonės transformatorių. Ši srovė sukelia per didelį neutralinės apvijos perkaitimą transformatoriuje, sumažindama jo tarnavimo trukmę ir galbūt sukeliant ankstalaikį gedimą.
• Įtampų iškraipymai: didelė srovė vienoje fazėje sukelia vietinį įtampos kritimą toje fazėje, tuo tarpu kitose fazėse įtampa pakyla. Šis netolygus įtampos pasiskirstymas gali pažeisti jautrius trijų fazių pramoninius variklius ir elektros įrangą.
• Žemės grandinės nuotėkio išjungimas: rimtas nesuderintumas gali aktyvuoti žemės grandinės nuotėkio arba neutraliosios laidininko perdidėjusios srovės apsaugos relės vietos transformatorinėse stotyse, dėl ko kyla vietiniai energijos nutraukimai.

Šiems reiškiniams užkirsti kelią VDE-AR-N 4105 standartas nustato, kad bet kurių dviejų fazių tarpusavio aktyviosios galios nesuderintumas negali viršyti 4,6 kVA. Šis ribinis dydis taikomas bendrojo jungimosi taško (PCC), kuriame pramoninė įmonė prijungiama prie viešosios elektros tinklo. Nepriklausomai nuo to, ar nesuderintumą sukelia vienfazės vartotojų apkrova, ar nelygios vienfazės saulės elektrinės gamybos sąlygos, bendras nesuderintumas turi būti laikomas žemiau šio 4,6 kVA slenksčio.

Primoninėse sistemose fazinio nesuderintumo mažinimo strategijos

Didelių pramoninių objektų fazių netolygumo valdymas reikalauja strateginio projektavimo, subalansuotos apkrovos paskirstymo ir protingo invertorių pasirinkimo:

• Naudojant trijų fazių eilės invertorius: paprasčiausias ir veiksmingiausias būdas išvengti gamybos sukeltos netolygumo – naudoti specialius trijų fazių eilės invertorius, pvz., JYINS komercinę seriją. Trijų fazių invertorius savo esmėje balansuoja galios išvestį, į kiekvieną fazę (L1, L2 ir L3) tiekdamas vienodą aktyviosios galios kiekį. Kadangi galia yra simetriška, patys invertoriai į objekto fazių netolygumą neįneša jokio indėlio.
• Simetrinė vienfazės invertorių įrengimo tvarka: mažesnėse sistemose, kuriose būtina naudoti vienfazius invertorius, juos reikia montuoti po tris. Jungiant vienodas vienfazius invertorius prie L1, L2 ir L3 fazių, bendras energijos gamybos lygis lieka subalansuotas. Tačiau jei vienas invertorius išsijungia dėl gedimo, sistema nedelsiant patirs nesubalansuotumą. Kad atitiktų VDE-AR-N 4105 standartą, šie invertoriai turi būti sujungti komunikacinėmis linijomis, kad, išsijungus vienam invertoriui, kiti du automatiškai sumažintų savo galios išdavimą, užtikrindami, kad nesubalansuotumas nebūtų didesnis nei 4,6 kVA.
• Pramonės objektų apkrovų balansavimas pagal fazes: pramonės įmonėse yra daug vienfazių biuro įrangos, apšvietimo ir specializuotos technikos. Elektros inžinieriai turi atlikti objekto auditą ir kuo tolygiau paskirstyti šias apkrovas tarp trijų fazių. Projektavimo etape simetrinė apkrovų paskyrima minimaliai sumažina pradinį nesubalansuotumą, su kuriuo turi sąveikauti saulės energijos sistema.

JYINS invertorių ir išorinių protingų skaitiklių vaidmuo

Kai trijų fazių invertoriai išsprendžia gamybos nesimetriją, faktinė nesimetrija tiekimo taške yra tiek gamybos, tiek vartojimo bendras rezultatas. Jei pramoninis objektas turi nesimetriškus apkrovos prietaisus, net simetrinis trijų fazių saulės energijos inverteris negali ją ištaisyti be protingo valdymo.

Šiai problemai išspręsti šiuolaikiniai JYINS trijų fazių hibridiniai invertoriai palaiko dinaminę fazių kompensaciją ir integruojasi su išoriniais protingais skaitikliais:

• Realiojo laiko stebėjimas: pagrindiniame elektros tinklo prijungimo taške įdiegiamas aukštos tikslumo protingasis skaitiklis (pvz., VDE atitinkantis Janitza arba JYINS skaitiklis). Šis skaitiklis nuolat stebi srovę ir aktyviąją galią fazėse L1, L2 ir L3, imdamas duomenis kelis kartus per sekundę.
• Dinaminė galios paskyrimo sistema (fazės nepriklausomas valdymas): Standartiniai trijų fazių keitikliai privalo tiekti vienodą galią visose fazėse. Tačiau pažangūs JYINS hibridiniai keitikliai turi nepriklausomą fazės galios valdymą. Jei protingasis skaitiklis nustato, kad L1 įtraukia 5 kW, o L2 ir L3 yra subalansuotos, JYINS keitiklis gali reguliuoti savo vidinį perjungimą taip, kad į L1 įtakytų daugiau galios, tuo tarpu sumažindamas išvesties galią L2 ir L3 fazėse. Šis aktyvus fazės kompensavimas dinamiškai subalansuoja bendrą galią elektros tinklo skaitiklyje.
• Baterijų kaupiklių integracija: Esant labai dideliam apkrovos nesubalansavimui JYINS hibridinis keitiklis gali imti energiją iš baterijų banko ir tiekti ją konkrečioms, stipriai apkraunamoms fazėms, užtikrindamas, kad bendras tinklo nesubalansavimas būtų gerokai žemesnis už VDE-AR-N 4105 standarto leistiną ribą – 4,6 kVA.

Įdiegimas ir dokumentacija vokiečių naudotojams

Prieš leidžiant komercinį saulės elektrinės objektą veikti Vokietijoje, vietos PSO (pvz., Westnetz, Netze BW ar Bayernwerk) atlieka išsamią tinklo suderinamumo apžvalgą.

• Atitikties liudijimas (Einheitenzertifikat): Šis dokumentas patvirtina, kad JYINS invertorius buvo išbandytas ir sertifikuotas akredituotos europinės bandymų įstaigos pagal visus VDE-AR-N 4105 reikalavimus.
• Elektrinė schema: Išsami schema, kurioje pavaizduoti trijų fazių jungtys, saugos releės ir išorinio „smart“ skaitiklio vieta.
• Konfigūracijos žurnalai: Spausdinti žurnalai iš invertoriaus paleidimo programinės įrangos, kuriuose rodoma, kad pasirinkta vokiškoji tinklo profilis, įjungta aktyvioji fazių kompensacija ir nepertraukiamos ryšio parametrai veikia visiškai.

Partneriavę su JYINS ir pasirinkę mūsų didelės našumo, visiškai sertifikuotus trijų fazių inversijos įrenginius bei hibridines energijos kaupimo sistemas, B2B saulės energijos platintojai ir EPC įmonės gali supaprastinti naudingumo patvirtinimo procesus Vokietijoje ir tiekti itin efektyvius, atitinkančius reikalavimus bei ilgaamžiškus pramoninius energijos sprendimus.