Как соблюсти пределы «несимметрии трёхфазной системы» в промышленных установках, соответствующих немецкому стандарту VDE-AR-N 4105?

Немецкий стандарт низковольтных сетей: VDE-AR-N 4105

Германия является родиной одной из самых сложных и строго регулируемых электросетей в мире. По мере продвижения страны к достижению цели «Энергевенде» (энергетический переход) интеграция распределённой солнечной энергии в сеть низкого напряжения должна осуществляться с особой тщательностью для обеспечения безопасности и надёжности системы. Основным техническим нормативным документом, регулирующим такое подключение, является стандарт VDE-AR-N 4105 под названием «Генераторы, подключённые к распределительной сети низкого напряжения». Данный стандарт устанавливает строгие требования к качеству электроэнергии, поддержке сети и поведению систем в аварийных ситуациях, которым должны соответствовать все генерирующие системы. Для руководителей промышленных предприятий Германии, инженеров-электриков и B2B-разработчиков солнечных решений управление трёхфазной несимметрией (так называемой Schieflast) является одним из наиболее важных требований по соблюдению нормативов в рамках стандарта VDE-AR-N 4105. Невыполнение требований по поддержанию баланса в системе может привести к отказу местных операторов распределительных сетей (DSO) в подключении либо к немедленному отключению от сети.

В этом руководстве объясняется, что такое дисбаланс трехфазной сети, почему стандарт VDE-AR-N 4105 устанавливает ограничения на него и как успешно управлять и настраивать промышленные солнечные энергосистемы с использованием передовых инверторов JYINS и интеллектуальных контроллеров.

Анализ дисбаланса трехфазной сети (Schieflast)

В сбалансированной трехфазной сети переменного тока (AC) амплитуды напряжения и тока всех трех фаз (L1, L2 и L3) равны, а их волновые формы сдвинуты друг относительно друга ровно на 120 электрических градусов. Дисбаланс трехфазной сети возникает, когда электрические нагрузки или мощность генерации распределяются неравномерно между тремя фазами.

Почему сетевые операторы ограничивают дисбаланс:

• Перегрев трансформатора: Неравные токи фаз создают ток в нейтральном проводе, который возвращается к трансформатору энергоснабжающей организации. Этот ток вызывает чрезмерный нагрев нейтральных обмоток трансформатора, сокращая его срок службы и потенциально приводя к преждевременному выходу из строя.
• Искажения напряжения: высокий ток в одной фазе вызывает локальное падение напряжения в этой фазе, в то время как в остальных фазах наблюдается повышение напряжения. Такое неравномерное напряжение может привести к повреждению чувствительных трёхфазных промышленных электродвигателей и электрооборудования.
• Срабатывание защиты при замыкании на землю: сильный дисбаланс может вызвать срабатывание реле защиты от замыкания на землю или от перегрузки нейтрали на местных подстанциях, что приводит к локальным отключениям электроснабжения.

Для предотвращения этих проблем стандарт VDE-AR-N 4105 устанавливает, что максимально допустимый дисбаланс активной мощности между любыми двумя фазами не должен превышать 4,6 кВА. Это ограничение применяется к точке общего подключения (PCC), где промышленное предприятие подключается к общественной электросети. Независимо от того, вызван ли дисбаланс однофазными нагрузками потребителей или неравномерной однофазной генерацией солнечной энергии (PV), суммарный дисбаланс должен оставаться ниже этого порога в 4,6 кВА.

Стратегии снижения фазного дисбаланса в промышленных установках

Управление дисбалансом фаз на крупных промышленных объектах требует сочетания стратегического проектирования, сбалансированного распределения нагрузки и грамотного выбора инверторов:

• Использование трехфазных строковых инверторов: самый простой и эффективный способ предотвращения дисбаланса, вызванного генерацией, — применение специализированных трехфазных строковых инверторов, таких как коммерческая серия JYINS. Трехфазный инвертор по своей природе обеспечивает сбалансированную выходную мощность, подавая равные количества активной мощности в фазы L1, L2 и L3. Поскольку мощность распределяется симметрично, сам инвертор не вносит никакого вклада в дисбаланс фаз на объекте.
• Симметричное распределение однофазных инверторов: В небольших системах, где необходимо использовать однофазные инверторы, их следует устанавливать группами по три. Подключая однофазные инверторы одинаковой мощности к фазам L1, L2 и L3, общая выработка остаётся сбалансированной. Однако если один из инверторов отключается из-за неисправности, система немедленно испытывает дисбаланс. Для соблюдения стандарта VDE-AR-N 4105 такие инверторы должны быть связаны между собой посредством системы связи, чтобы при отключении одного из них два других автоматически снижали свою мощность, обеспечивая дисбаланс менее 4,6 кВА.
• Балансировка фаз промышленных нагрузок: На промышленных объектах широко используются однофазные офисные устройства, осветительное оборудование и специализированное оборудование. Электроинженерам необходимо провести аудит объекта и распределить эти нагрузки максимально равномерно по трём фазам. Симметричная загрузка на этапе проектирования минимизирует базовый дисбаланс, с которым будет взаимодействовать солнечная система.

Роль инверторов JYINS и внешних умных счётчиков

Хотя трехфазные инвертеры устраняют дисбаланс генерации, фактический дисбаланс в точке подключения к сети представляет собой результирующий эффект как генерации, так и потребления. Если на промышленном объекте имеются несимметричные нагрузки, даже симметричный трехфазный солнечный инвертер не способен устранить их без интеллектуального управления.

Для решения этой задачи современные трехфазные гибридные инвертеры JYINS поддерживают динамическую компенсацию фаз и интегрируются со внешними интеллектуальными счетчиками:

• Мониторинг в реальном времени: высокоточный интеллектуальный счетчик (например, соответствующий стандарту VDE счетчик Janitza или JYINS) устанавливается в главной точке подключения к сети. Этот счетчик непрерывно отслеживает ток и активную мощность на фазах L1, L2 и L3, выполняя измерения несколько раз в секунду.
• Динамическое распределение мощности (управление по фазам независимо): Стандартные трёхфазные инверторы должны выдавать одинаковую мощность по всем фазам. Однако передовые гибридные инверторы JYINS оснащены функцией независимого управления мощностью по каждой фазе. Если умный счётчик обнаруживает, что по фазе L1 потребляется 5 кВт, а фазы L2 и L3 сбалансированы, инвертор JYINS может скорректировать внутреннее коммутирующее управление, чтобы увеличить подачу мощности в фазу L1 и одновременно снизить выходную мощность на фазах L2 и L3. Такая активная компенсация по фазам динамически балансирует суммарный поток мощности на стороне сетевого счётчика.
• Интеграция аккумуляторных систем хранения энергии: В периоды чрезвычайного дисбаланса нагрузки гибридный инвертор JYINS может забирать энергию из аккумуляторной батареи для питания конкретных фаз с высокой нагрузкой, обеспечивая суммарный дисбаланс мощности в сети значительно ниже предельного значения 4,6 кВА, установленного стандартом VDE-AR-N 4105.

Пусконаладочные работы и документация для немецких энергоснабжающих организаций

Прежде чем коммерческое солнечное энергетическое сооружение сможет быть допущено к эксплуатации в Германии, местный оператор распределительной сети (ДСО) (например, Westnetz, Netze BW или Bayernwerk) проведёт тщательную проверку совместимости с сетью.

• Сертификат соответствия (Einheitenzertifikat): Этот документ подтверждает, что инвертер JYINS был испытан и сертифицирован аккредитованным европейским испытательным органом на соответствие всем требованиям стандарта VDE-AR-N 4105.
• Электрическая схема: Подробная схема, показывающая трёхфазные подключения, реле безопасности и расположение внешнего «умного» счётчика.
• Журналы конфигурации: Распечатанные журналы из программного обеспечения для ввода инвертера в эксплуатацию, подтверждающие выбор немецкого профиля сети, включение активной компенсации фаз и полную работоспособность параметров аварийной связи.

Партнерство с JYINS и выбор наших высокопроизводительных трехфазных инвертеров и гибридных систем накопления энергии, прошедших полную сертификацию, позволяют B2B-дистрибьюторам солнечной энергии и инженерно-проектным компаниям (EPC) упростить процессы получения разрешений от коммунальных служб и поставлять высокоэффективные, соответствующие нормативным требованиям и долговечные промышленные решения в области энергетики по всей Германии.