Ako riadiť limity „nerovnováhy trojfázového systému“ v priemyselných zariadeniach zhodných so štandardom VDE-AR-N 4105 v Nemecko?

Nemecký štandard nízkonapäťových sietí: VDE-AR-N 4105

Nemecko je domovom jednej z najrozvinutejších a najprísnejšie regulovaných elektrických sietí na svete. Keďže krajina usiluje o svoju Energiewende (energetickú transformáciu), integrácia rozptýlenej solárnej energie do nízkonapäťovej siete musí byť starostlivo riadená, aby sa zachovala bezpečnosť a spoľahlivosť systému. Základný technický predpis, ktorý upravuje tento pripojovací proces, je štandard VDE-AR-N 4105 s názvom Generátory pripojené k nízkonapäťovej distribučnej sieti. Tento štandard stanovuje prísne požiadavky na kvalitu elektrickej energie, podporu siete a bezpečnostné správanie, ktorým musia vyhovovať všetky systémy výroby energie. Pre nemeckých manažerov priemyselných závodov, elektrotechnikov a B2B dodávateľov slnečných riešení je riadenie trojfázového nerovnovážneho zaťaženia (tzv. Schieflast) jednou z najdôležitejších požiadaviek na splnenie požiadaviek štandardu VDE-AR-N 4105. Nedodržanie rovnováhy systému môže viesť k odmietnutiu pripojenia miestnymi distribučnými sieťovými prevádzkovateľmi (DSO) alebo k okamžitému odpojeniu od siete.

Tento návod vysvetľuje, čo je nerovnováha trojfázového systému, prečo ju obmedzuje norma VDE-AR-N 4105 a ako úspešne spravovať a nakonfigurovať svoje priemyselné solárne elektrárne pomocou pokročilých invertorov JYINS a chytrých regulátorov.

Rozbor nerovnováhy trojfázového systému (Schieflast)

V vyváženej trojfázovej sieťi striedavého prúdu (AC) majú napäťové a prúdové vlny všetkých troch fáz (L1, L2 a L3) rovnaké amplitúdy a sú voči sebe posunuté presne o 120 elektrických stupňov. Nerovnováha trojfázového systému vzniká, keď sa elektrické záťaže alebo výrobné kapacity nerovnomerne rozdeľujú medzi jednotlivé fázy.

Prečo distribučné siete obmedzujú nerovnováhu:

• Prehrievanie transformátorov: Nerovnaké fázové prúdy spôsobujú vznik neutrálneho prúdu, ktorý sa vracia do transformátora dodávateľa energie. Tento prúd spôsobuje nadmerné zahrievanie neutrálnych vinutí transformátora, čím skracuje jeho životnosť a môže viesť k predčasnému poškodeniu.
• Skreslenia napätia: Vysoký prúd v jednej fáze spôsobuje lokálny pokles napätia v tejto fáze, zatiaľ čo ostatné fázy zažívajú zvýšenie napätia. Toto nerovnomerné napätie môže poškodiť citlivé trojfázové priemyselné motory a elektrické zariadenia.
• Vypnutie kvôli poruche izolácie voči zemi: Závažná nerovnováha môže aktivovať relé na ochranu pred poruchou izolácie voči zemi alebo preťažením neutrálneho vodiča v miestnych rozvodniach, čo vedie k lokálnym výpadkom elektrickej energie.

Na prevenciu týchto problémov vyžaduje norma VDE-AR-N 4105, aby maximálna povolená nerovnováha činného výkonu medzi ľubovoľnými dvoma fázami nepresiahla 4,6 kVA. Tento limit platí v bode spoločného pripojenia (PCC), kde sa priemyselné zariadenie pripája k verejnej distribučnej sieti. Bez ohľadu na to, či je nerovnováha spôsobená jednofázovými spotrebičmi alebo nerovnomernou jednofázovou fotovoltaickou generáciou, celková nerovnováha musí zostať pod touto hranicou 4,6 kVA.

Stratégie na zmierňovanie fázovej nerovnováhy v priemyselných zariadeniach

Riadenie fázového nerovnováhy v veľkých priemyselných zariadeniach vyžaduje kombináciu strategického návrhu, vyváženého rozdelenia zaťaženia a chytrého výberu striedavých meničov:

• Využitie trojfázových reťazcových striedavých meničov: Najjednoduchší a najúčinnejší spôsob, ako zabrániť nerovnováhe spôsobenej výrobou energie, je použitie špeciálnych trojfázových reťazcových striedavých meničov, napríklad komerčnej série JYINS. Trojfázový striedavý menič automaticky vyváži svoj výstupný výkon a do fáz L1, L2 a L3 injektuje rovnaké množstvo činného výkonu. Keďže výkon je symetrický, striedavý menič sám o sebe nepripádza žiadny príspevok k fázovej nerovnováhe v zariadení.
• Rovnomerné rozmiestnenie jednofázových invertorov: V menších systémoch, kde je nutné použiť jednofázové invertory, musia byť inštalované v skupinách po troch. Pripojením jednofázových invertorov rovnakej výkonnej kapacity na fázy L1, L2 a L3 sa celková výroba udržiava vyvážená. Ak však jeden z invertorov v dôsledku poruchy vypne, systém okamžite prejde do stavu nerovnováhy. Aby sa splnili požiadavky normy VDE-AR-N 4105, tieto invertory musia byť prepojené komunikačnou linkou tak, aby pri vypnutí jedného zariadenia ostatné dve automaticky znížili výkon, čím sa udrží nerovnováha pod hodnotou 4,6 kVA.
• Vyváženie zaťaženia v priemyselných zariadeniach: Priemyselné zariadenia obsahujú množstvo jednofázových kancelárskych zariadení, osvetlenia a špeciálnej techniky. Elektrotechnici musia vykonať audit zariadenia a tieto záťaže rozdeliť čo najrovnomernejšie medzi všetky tri fázy. Symetrické zaťaženie v návrhovej fáze minimalizuje základnú nerovnováhu, s ktorou sa musí vyrábaná energia zo slnečných panelov vyrovnať.

Úloha invertorov JYINS a externých inteligentných meracích prístrojov

Aj keď trojfázové meniče riešia nerovnováhu v generácii, skutočná nerovnováha v bode pripojenia k sieti je výsledkom oboch – generácie aj spotreby. Ak má priemyselné zariadenie nerovnomerné zaťaženie, ani symetrický trojfázový solárny menič nemôže túto nerovnováhu odstrániť bez inteligentnej regulácie.

Na vyriešenie tohto problému moderné trojfázové hybridné meniče JYINS podporujú dynamickú kompenzáciu fáz a integrujú sa so vonkajšími inteligentnými elektromerami:

• Súčasné monitorovanie: V hlavnom bode pripojenia k sieti je nainštalovaný vysokopresný inteligentný elektrometer (napr. Janitza alebo JYINS s certifikáciou VDE). Tento elektrometer nepretržite monitoruje prúd a činný výkon na fázach L1, L2 a L3 s viacnásobným vzorkovaním za sekundu.
• Dynamické pridelenie výkonu (riadenie nezávislé od fázy): Štandardné trojfázové meniče musia na všetkých fázach vyrábať rovnaký výkon. Pokročilé hybridné meniče JYINS však disponujú nezávislým riadením výkonu na jednotlivých fázach. Ak inteligentný meter zaznamená, že fáza L1 odoberá 5 kW, zatiaľ čo fázy L2 a L3 sú vyvážené, menič JYINS môže upraviť svoje vnútorné prepínanie tak, aby do fázy L1 injektoval viac výkonu a súčasne znížil výstup na fázach L2 a L3. Táto aktívna kompenzácia fáz dynamicky vyrovnáva celkový tok výkonu na rozvodnom meradle.
• Integrácia batériového úložiska: V prípadoch extrémneho nerovnovážneho zaťaženia môže hybridný menič JYINS odoberať energiu z batériového banku a dodávať ju konkrétnym, veľmi zaťaženým fázam, čím udržiava celkovú nerovnováhu v sieti výrazne pod limitom VDE-AR-N 4105, ktorý je 4,6 kVA.

Uvedenie do prevádzky a dokumentácia pre nemecké energetické spoločnosti

Predtým, ako môže byť komerčná solárna elektráreň v Nemecku povolená na prevádzku, lokálny distribučný sieťový prevádzkovateľ (DSO) (napr. Westnetz, Netze BW alebo Bayernwerk) vykoná dôkladnú kontrolu kompatibility so sieťou.

• Osvedčenie zhody (Einheitenzertifikat): Tento dokument potvrdzuje, že striedavý menič JYINS bol testovaný a certifikovaný akreditovanou európskou skúšobnou organizáciou v súlade so všetkými požiadavkami normy VDE-AR-N 4105.
• Elektrické schéma: Podrobné schéma zobrazujúce trojfázové pripojenia, bezpečnostné relé a umiestnenie externého inteligentného elektromeru.
• Konfiguračné záznamy: Vytlačené záznamy zo softvéru na uvádzanie striedavého meniča do prevádzky, ktoré ukazujú, že bol vybraný nemecký sieťový profil, aktivovaná bola kompenzácia aktívnej fázy a parametre záložnej komunikácie sú plne funkčné.

Spoluprácou s JYINS a výberom našich vysokovýkonných trojfázových invertorov a hybridných systémov úložiska energie s plnou certifikáciou môžu B2B dodávatelia slnečnej energie a EPC spoločnosti zjednodušiť svoje procesy schvaľovania pre verejnú sieť a poskytovať vysoce účinné, reguláciou vyhovujúce a trvanlivé priemyselné energetické riešenia po celej Nemecku.