Як управляти обмеженнями «несиметрії трифазної системи» в промислових установках, що відповідають німецькому стандарту VDE-AR-N 4105?

Німецький стандарт низьковольтної мережі: VDE-AR-N 4105

Німеччина є домівкою однієї з найбільш досконалих і жорстко регульованих електричних мереж у світі. У міру того як країна рухається до реалізації своєї «Енергівендте» (енергетичного переходу), інтеграція розподіленої сонячної енергії в низьковольтну мережу має бути ретельно керованою, щоб забезпечити безпеку та надійність системи. Основним технічним нормативним документом, що регулює таке підключення, є стандарт VDE-AR-N 4105 під назвою «Генератори, підключені до низьковольтної розподільної мережі». Цей стандарт встановлює суворі вимоги щодо якості електроенергії, підтримки мережі та поведінки з точки зору безпеки, яким мають відповідати всі системи генерації. Для керівників промислових підприємств Німеччини, електротехніків та B2B-розробників сонячної енергетики управління трифазною несиметрією (так званою Schieflast) є однією з найважливіших вимог щодо відповідності стандарту VDE-AR-N 4105. Нездатність зберегти баланс у системі може призвести до відмови місцевих операторів розподільних систем (DSO) у підключенні або негайного відключення від мережі.

Цей посібник пояснює, що таке незбалансованість трифазної мережі, чому стандарт VDE-AR-N 4105 встановлює обмеження на неї та як успішно керувати й налаштовувати промислові сонячні енергетичні системи за допомогою передових інверторів JYINS і розумних контролерів.

Аналіз незбалансованості трифазної мережі (Schieflast)

У збалансованій трифазній мережі змінного струму (AC) форми напруги й струму всіх трьох фаз (L1, L2 та L3) мають однакові амплітуди й зміщені одна відносно іншої рівно на 120 електричних градусів. Незбалансованість трифазної мережі виникає, коли електричні навантаження або потужності генерації розподілені нерівномірно між трьома фазами.

Чому оператори мережі обмежують незбалансованість:

• Перегрівання трансформатора: Нерівні струми фаз утворюють нейтральний струм, який повертається до трансформатора електромережі. Цей струм призводить до надмірного нагрівання нейтральних обмоток трансформатора, скорочує його термін служби й може спричинити передчасну відмову.
• Спотворення напруги: Високий струм у одній фазі призводить до локального падіння напруги в цій фазі, тоді як інші фази відчувають підвищення напруги. Така неоднакова напруга може пошкодити чутливі трифазні промислові двигуни та електричне обладнання.
• Спрацювання за замиканням на землю: Серйозна несиметрія може спровокувати роботу реле захисту від замикання на землю або перевантаження нейтралі на місцевих підстанціях, що призводить до локальних відключень електроживлення.

Щоб запобігти цим проблемам, стандарт VDE-AR-N 4105 передбачає, що максимально допустима несиметрія активної потужності між будь-якими двома фазами не повинна перевищувати 4,6 кВА. Цей ліміт застосовується до точки спільного підключення (PCC), де промислове підприємство підключається до загальнодоступної електромережі. Незалежно від того, чи викликана несиметрія однофазними споживачами, чи нерівномірною однофазною генерацією від фотоелектричних установок, загальна несиметрія повинна залишатися нижче цього порогу — 4,6 кВА.

Стратегії зменшення несиметрії фаз у промислових установках

Керування дисбалансом фаз у великих промислових об’єктах вимагає поєднання стратегічного проектування, збалансованого розподілу навантаження та розумного підбору інверторів:

• Використання трифазних строкових інверторів: Найпростіший і найефективніший спосіб запобігання дисбалансу, спричиненому генерацією, — це застосування спеціалізованих трифазних строкових інверторів, наприклад, комерційної серії JYINS. Трифазний інвертор природним чином забезпечує збалансований вихід потужності, подаючи однакові обсяги активної потужності в лінії L1, L2 та L3. Оскільки потужність є симетричною, сам інвертор не вносить жодного вкладу у дисбаланс фаз на об’єкті.
• Симетричне розміщення однофазних інверторів: У менших системах, де необхідно використовувати однофазні інвертори, їх слід встановлювати групами по три. Підключаючи однофазні інвертори однакової потужності до фаз L1, L2 та L3, загальна генерація залишається збалансованою. Однак якщо один із інверторів вимикається через несправність, система негайно стає незбалансованою. Щоб відповідати вимогам VDE-AR-N 4105, ці інвертори мають бути з’єднані між собою за допомогою засобів зв’язку, щоб у разі вимкнення одного з них два інші автоматично зменшували свою потужність, забезпечуючи рівень незбалансованості нижче 4,6 кВА.
• Балансування фаз промислових навантажень: Промислові об’єкти містять велику кількість однофазного офісного обладнання, освітлення та спеціалізованого обладнання. Електротехніки повинні провести аудит об’єкта й розподілити такі навантаження якомога рівномірніше між трьома фазами. Симетричне навантаження на етапі проектування мінімізує базовий рівень незбалансованості, з яким має взаємодіяти сонячна система.

Роль інверторів JYINS та зовнішніх розумних лічильників

Хоча трифазні інвертори вирішують проблему незбалансованості генерації, фактична незбалансованість у точці підключення до мережі є результуючою величиною як генерації, так і споживання. Якщо на промисловому об’єкті є незбалансоване навантаження, навіть симетричний трифазний сонячний інвертор не зможе його скоригувати без інтелектуального керування.

Щоб вирішити цю проблему, сучасні трифазні гібридні інвертори JYINS підтримують динамічну компенсацію фаз і можуть інтегруватися зі зовнішніми розумними лічильниками:

• Моніторинг у реальному часі: високоточний розумний лічильник (наприклад, лічильник Janitza або JYINS, сумісний зі стандартом VDE) встановлюється в основній точці підключення до мережі. Цей лічильник постійно контролює струм та активну потужність на фазах L1, L2 та L3, здійснюючи кілька вимірювань за секунду.
• Динамічне розподілення потужності (управління незалежно від фази): Стандартні трифазні інвертори мають забезпечувати однакову потужність на всіх фазах. Однак передові гібридні інвертори JYINS мають можливість незалежного управління потужністю кожної фази. Якщо розумний лічильник виявляє, що фаза L1 споживає 5 кВт, тоді як фази L2 та L3 збалансовані, інвертор JYINS може скоригувати внутрішнє комутування, щоб подати більше потужності у фазу L1 й одночасно зменшити вихідну потужність на фазах L2 та L3. Ця активна компенсація фаз динамічно вирівнює загальний потік потужності на лічильнику електромережі.
• Інтеграція акумуляторних систем зберігання енергії: У разі надмірної незбалансованості навантаження гібридний інвертор JYINS може забирати енергію з акумуляторної батареї для живлення конкретних, перевантажених фаз, що забезпечує загальну незбалансованість споживання від мережі значно нижче межі 4,6 кВА, встановленої стандартом VDE-AR-N 4105.

Пусконалагоджувальні роботи та документація для німецьких електромереж

Перш ніж комерційний сонячний комплекс може бути дозволений до експлуатації в Німеччині, місцева розподільна мережева організація (ДСО), така як Westnetz, Netze BW або Bayernwerk, проводить детальний аналіз сумісності з мережею.

• Сертифікат відповідності (Einheitenzertifikat): цей документ підтверджує, що інвертор JYINS був протестований та сертифікований акредитованим європейським випробувальним органом на відповідність усім вимогам VDE-AR-N 4105.
• Електрична схема: детальна схема, що показує трифазні з’єднання, реле безпеки та розташування зовнішнього «розумного» лічильника.
• Журнали конфігурації: надруковані журнали програмного забезпечення введення інвертора в експлуатацію, що підтверджують вибір німецького профілю мережі, увімкнення активної компенсації фаз та повну працездатність параметрів аварійно-безпечного зв’язку.

Укладаючи партнерську угоду з JYINS і обираючи наші високоефективні трифазні інвертори та гібридні системи накопичення енергії, які повністю сертифіковані, B2B-дистриб’ютори сонячної енергії та інженерно-проектні компанії можуть спростити процеси отримання дозволів від комунальних служб і надавати високоефективні, відповідні нормативним вимогам та довговічні промислові енергетичні рішення по всій Німеччині.