W systemie zasilania i dystrybucji transformator dystrybucyjny zazwyczaj dostarcza energię do obciążenia, a prąd przepływa od strony sieci do obciążenia, co nazywa się prądem przewodzenia. Po zainstalowaniu systemu wytwarzania energii fotowoltaicznej, gdy moc systemu wytwarzania energii fotowoltaicznej jest większa niż moc obciążenia lokalnego, a obciążenie nie może jej w pełni wchłonąć, pozostała moc jest przesyłana do sieci. Ponieważ kierunek prądu jest przeciwny do kierunku normalnego, nazywa się to prądem wstecznym.
Czym jest zabezpieczenie antyzwrotne?
Normalny system fotowoltaiczny zamienia prąd stały modułów fotowoltaicznych na prąd przemienny i wprowadza go do sieci energetycznej. System fotowoltaiczny z zabezpieczeniem przed przepływem zwrotnym wykorzystuje energię generowaną przez ogniwa fotowoltaiczne wyłącznie do obciążeń lokalnych, zapobiegając wprowadzaniu energii generowanej przez system fotowoltaiczny do sieci energetycznej. Schemat zasady działania systemu jest następujący:
Scenariusze zapotrzebowania zapobiegające cofaniu się przepływu
Ogólnie rzecz biorąc, elektrownie fotowoltaiczne przyjmują tryb pracy pełnego dostępu do sieci lub samowystarczalności, a nadwyżka mocy jest podłączana do sieci. System fotowoltaiczny może przesyłać moc do sieci, więc nie ma wymogu stosowania zabezpieczenia przed cofaniem się przepływu. Główne powody instalowania zabezpieczenia przed cofaniem się przepływu są następujące:
1. Ze względu na ograniczenie wydajności transformatora górnego poziomu, lokalny zakład energetyczny nie zezwala na przyłączenie nowej sieci;
2. Nie można podłączyć się do sieci ze względu na niekompletne procedury i informacje dotyczące podłączenia do sieci;
3. W niektórych obszarach podłączenie do sieci nie jest dozwolone ze względu na względy polityczne;
4. Lokalny obszar ma możliwość wykorzystania większości energii elektrycznej na własne potrzeby, a niewielka jej część nie musi być podłączona do sieci.
Zasada przeciwprzepływowa
Licznik przeciwprzepływowy + transformator CT jest zainstalowany na głównej linii domowej linii wejściowej w celu zbierania w czasie rzeczywistym mocy, wielkości prądu i kierunku na szynie zbiorczej. Gdy zostanie wykryty prąd płynący do sieci (prąd wsteczny), licznik przeciwprzepływowy przesyła dane o mocy wstecznej do falownika za pośrednictwem komunikacji RS485. Po otrzymaniu polecenia falownik odpowiada w ciągu kilku sekund i zmniejsza moc wyjściową falownika, tak aby prąd płynący z elektrowni fotowoltaicznej do sieci był zawsze utrzymywany blisko 0, dzięki czemu uzyskuje się przepływ przeciwprzepływowy i nie wysyła się nadmiaru energii elektrycznej do sieci.
Zabezpieczenie przed cofaniem się wody w różnych scenariuszach
Growatt oferuje różnorodne elastyczne rozwiązania dostosowane do różnych scenariuszy zastosowań. W przypadku elektrowni fotowoltaicznych z tylko jednym falownikiem, inteligentne liczniki Growatt mogą być używane do osiągnięcia funkcji przeciwprzepływowej. W przypadku elektrowni wykorzystujących wiele falowników, inteligentne menedżery energii Growatt mogą być używane do osiągnięcia funkcji przeciwprzepływowej.
Rozwiązanie jednofazowego systemu antyprzepływowego z pojedynczą maszyną
Sprzęt niezbędny do realizacji funkcji: falownik fotowoltaiczny podłączony do sieci, licznik antyspływowy, linia komunikacyjna pomiędzy licznikiem a falownikiem
Rozwiązanie układu antyprzepływowego trójfazowego z pojedynczą maszyną
W przypadku domowych inwerterów o niskim poborze mocy podłączonych do sieci, prąd wyjściowy jest niewielki, na ogół mniejszy niż 80 A (w zakresie 50 kW), można bezpośrednio użyć licznika prądu stałego z funkcją przeciwzwrotnego przepływu. Przewody zacisków wyjściowych prądu przemiennego inwertera są wprowadzane bezpośrednio do licznika, a następnie podłączane do punktu sieciowego po wyjściu z licznika w celu uzyskania prądu przeciwzwrotnego.
W przypadku inwerterów dużej mocy podłączonych do sieci, prąd wyjściowy jest duży i przekracza zakres specyfikacji miernika prądu anty-odwrotnego. Konieczne jest użycie innego transformatora CT w celu wykrycia prądu na magistrali sieciowej, a następnie podłączenie miernika prądu anty-odwrotnego po proporcjonalnym zmniejszeniu prądu przez transformator w celu uzyskania pomiaru prądu i mocy w punkcie sieci.
Uwaga: Chociaż falownik fotowoltaiczny używany w niektórych scenariuszach ma małą moc, prąd podłączonej do sieci szyny zbiorczej jest duży. W tym momencie konieczne jest również wykrycie mocy wstecznej końca podłączonego do sieci za pomocą licznika prądu przeciwzwrotnego + induktora wzajemnego CT.
Falownik fotowoltaiczny i licznik prądu anty-odwrotnego zostały dopasowane za pomocą protokołu. Podczas instalacji na miejscu licznik prądu anty-odwrotnego jest podłączony do portu komunikacyjnego RS485 falownika za pomocą linii RS485. Instalacja jest prosta i oszczędza koszty systemu. Użytkownicy mogą wybrać licznik podłączony bezpośrednio lub licznik CT w zależności od rzeczywistej sytuacji.
Rozwiązanie systemu zapobiegającego cofaniu się wody w wielu maszynach
W przypadku scenariuszy, w których elektrownia fotowoltaiczna ma więcej niż jeden model, ponieważ pojedynczy licznik nie może komunikować się z więcej niż jednym falownikiem jednocześnie, wymagany jest oddzielny kolektor danych do zbierania danych z licznika zapobiegającego cofaniu się wody po stronie podłączonej do sieci oraz do realizacji komunikacji między wieloma maszynami i sterowania mocą wyjściową po stronie falownika, co pozwala na uzyskanie zapobiegania cofaniu się wody w całej elektrowni fotowoltaicznej.
Wymagany sprzęt: falownik fotowoltaiczny (kilka jednostek), skrzynka przeciwzwrotna (zawierająca kolektor danych, licznik przeciwzwrotny i dławik CT), linia komunikacyjna RS485.
Okablowanie systemu: Skrzynka przeciwprzepływowa jest instalowana pomiędzy falownikiem fotowoltaicznym, obciążeniem użytkownika i siecią energetyczną. Napięcie, prąd i moc wsteczna punktu dostępu do sieci są wykrywane przez licznik i wzajemny induktor CT w skrzynce przeciwprzepływowej. Moc wyjściowa falownika może być regulowana w czasie rzeczywistym zgodnie z potrzebami i ustawieniami użytkownika, kontrolując w ten sposób moc całego systemu fotowoltaicznego podłączonego do sieci, która jest ostatecznie wyprowadzana do sieci, i osiągając moc wsteczną bliską zeru.
Uwagi:
1. Transformator CT jest instalowany na szynie zbiorczej punktu przyłączenia do sieci. Przed obszarem instalacji jego uzwojenie wtórne musi być podłączone do licznika w skrzynce przeciwprzepływowej, aby upewnić się, że uzwojenie wtórne transformatora nie jest otwarte.
2. Podczas montażu transformatora należy uważać, aby do rdzenia nie dostały się żadne ciała obce, takie jak zanieczyszczenia czy kurz, gdyż może to mieć wpływ na działanie transformatora.
3. Po obu stronach transformatora prądowego znajdują się sitodruki P1 i P2, aby odróżnić kierunek. Zobacz poniższy rysunek, aby uzyskać informacje o okablowaniu. Strona P1 znajduje się blisko siatki, a strona P2 blisko falownika i obciążenia.
4. Falownik fotowoltaiczny łączy linię sygnału komunikacyjnego z kolektorem danych w skrzynce przeciwprzepływowej poprzez szeregowe połączenie RS485 typu hand-in-hand. Komunikacja RS485 jest zakłócana przez takie czynniki, jak odległość komunikacyjna i zakłócenia sygnału, które powodują opóźnienia w sygnale sterującym przeciwprzepływem. Zasadniczo nie zaleca się podłączania więcej niż 20 falowników pod tą samą skrzynką przeciwprzepływową, aby zapewnić dokładność sterowania przeciwprzepływowego i efekt sterowania.
5. W oparciu o powyższą zasadę kontroli przepływu wstecznego, konieczne jest najpierw wykrycie, czy w punkcie połączenia sieciowego występuje moc wsteczna, a następnie podanie sygnału sterującego przez linię sygnałową RS485 w celu sterowania falownikiem w celu zmniejszenia mocy wyjściowej. Pod wpływem takich czynników, jak opóźnienie sygnału, bardzo mała ilość prądu może zostać wysłana do sieci przez urządzenie kontroli przepływu wstecznego podczas rzeczywistej pracy, co jest zjawiskiem normalnym.
Instrukcje dotyczące zapobiegania cofaniu się przepływu w falowniku
Obecnie wszystkie modele Growatt podłączone do sieci są standardowo wyposażone w interfejsy RS485 i wszystkie mogą realizować funkcję antyprzepływową. W rzeczywistych wymaganiach projektowych liczniki antyprzepływowe, skrzynki antyprzepływowe i inne rozwiązania można elastycznie wybierać zgodnie z różnymi scenariuszami. Spośród nich liczniki antyprzepływowe i skrzynki antyprzepływowe wiążą się z problemem komunikacji z falownikami fotowoltaicznymi i oba muszą być dopasowane przez Growatt. Nie ma wymogu marki dla transformatorów CT i można je elastycznie wybierać zgodnie z rozmiarem szyny zbiorczej i wielkością prądu na miejscu.
Napięcie wyjściowe falownika?
Parametr „napięcie wyjściowe AC” można łatwo znaleźć w arkuszu specyfikacji każdej marki falownika. Jest to kluczowy parametr, który definiuje charakterystykę klasy falownika. Z dosłownego znaczenia, napięcie wyjściowe AC wydaje się odnosić do wartości napięcia wyjściowego po stronie AC falownika. W rzeczywistości jest to nieporozumienie.
„Napięcie wyjściowe AC” nie jest napięciem wyjściowym samego falownika. Falownik jest urządzeniem elektronicznym o właściwościach źródła prądu. Ponieważ musi być podłączony do sieci energetycznej (Utility), aby bezpiecznie przesyłać lub przechowywać wygenerowaną energię elektryczną, zawsze będzie wykrywał napięcie (V) i częstotliwość (F) sieci, do której jest podłączony podczas pracy. To, czy te dwa parametry są zsynchronizowane/identyczne z siecią, decyduje o tym, czy energia elektryczna wyjściowa falownika może zostać zaakceptowana przez sieć. Aby wyprowadzić swoją znamionową wartość mocy (P = UI), falownik oblicza, czy może nadal wyprowadzać i ile wyprowadzać na podstawie napięcia sieciowego (punktu połączenia z siecią) wykrytego w każdym momencie. Tym, co jest faktycznie wyprowadzane do sieci, jest prąd (I), a wielkość prądu jest dostosowywana zgodnie ze zmianą napięcia.
Weźmy na przykład konwersję 10 kW. Jeśli napięcie sieciowe wynosi 400 V, wartość prądu wymagana przez falownik wynosi: 10000÷400÷1.732≈14.5 A; gdy napięcie sieciowe w następnym momencie waha się do 430 V, wymagany prąd wyjściowy jest dostosowywany do 13.4 A; przeciwnie, gdy napięcie sieciowe spada, falownik odpowiednio zwiększa wartość prądu wyjściowego. Należy zwrócić uwagę na dwie kwestie:
(1) Napięcie sieciowe nie może utrzymywać się na stałej wartości, podlega ciągłym wahaniom;
(2) Dlatego napięcie sieciowe wykrywane przez falownik musi mieć pewien zakres. Jeśli rzeczywiste napięcie sieciowe waha się poza tym zakresem, falownik musi wykryć to w czasie rzeczywistym i zgłosić usterkę oraz zatrzymać wyjście do czasu przywrócenia napięcia sieciowego. Celem tego jest ochrona bezpieczeństwa urządzeń elektrycznych i personelu na tej samej linii w podstacji.
W takim razie dlaczego nie zmienić nazwy tego parametru? Głównym powodem jest to, że branża od wielu lat stosuje konwencję – wszyscy nazywają go w ten sposób; jednocześnie, aby zachować spójność z prądem wyjściowym, został nazwany w ten sposób.
Czy falownik musi być wyposażony w zabezpieczenie anty-wyspowe?
Odpowiedź brzmi oczywiście tak, bez wątpienia. Można nawet powiedzieć, że powodem, dla którego falownik można nazwać falownikiem, jest to, że ma funkcję ochrony przed tworzeniem się wysp. Wyobraź sobie: jeśli falownik umożliwia wejście prądu stałego i wyjście prądu przemiennego, gdzie trafi duża ilość ładunku? Sam falownik nie jest urządzeniem magazynującym i nie może przechowywać dużej ilości ładunku, więc nadal musi go wyprowadzać. Kiedy dochodzi do powstania wyspy, to wtedy normalna transmisja i dystrybucja sieci energetycznej zostaje przerwana z jakiegoś powodu. Kiedy duża ilość ładunku dostanie się do linii sieci energetycznej wzdłuż pierwotnej ścieżki, jeśli w tym czasie pracuje przy niej personel zajmujący się konserwacją zasilania, konsekwencje będą katastrofalne. Dlatego jeśli system fotowoltaiczny ma być zawsze zsynchronizowany z siecią energetyczną, musi być wyposażony w funkcję ochrony przed tworzeniem się wysp.
Jak to osiągnąć? Kluczowym punktem zapobiegania efektowi wyspowemu jest nadal wykrywanie przerw w dostawie prądu w sieci energetycznej. Zwykle stosuje się dwie metody wykrywania „efektu wyspowego”: pasywne lub aktywne. Niezależnie od metody wykrywania, po potwierdzeniu przerwy w dostawie prądu, podłączony do sieci falownik zostanie odłączony od sieci, a falownik zostanie zatrzymany w określonym czasie reakcji. Wartość reakcji obecnie określona w przepisach mieści się w granicach 2 s.
Czy im wyższe napięcie DC, tym lepsza generacja energii?
Niezupełnie. W zakresie napięcia roboczego MPPT falownika istnieje znamionowa wartość napięcia roboczego. Gdy wartość napięcia łańcucha DC jest równa lub zbliżona do znamionowej wartości napięcia falownika, tj. mieści się w zakresie pełnego obciążenia MPPT, falownik może wyprowadzić swoją znamionową wartość mocy. Jeśli napięcie łańcucha jest zbyt wysokie lub zbyt niskie, napięcie łańcucha jest dalekie od wartości/zakresu napięcia znamionowego ustawionego przez falownik, a jego wydajność wyjściowa jest znacznie zmniejszona. Po pierwsze, możliwość wyprowadzenia mocy znamionowej jest wykluczona – nie jest to pożądane; po drugie, jeśli napięcie łańcucha jest zbyt niskie, obwód Boost falownika musi być często uruchamiany, aby pracować w sposób ciągły, a ciągłe nagrzewanie powoduje, że wewnętrzny wentylator pracuje w sposób ciągły, co ostatecznie prowadzi do utraty wydajności; jeśli napięcie łańcucha jest zbyt wysokie, nie jest to bezpieczne i ogranicza krzywą wyjściową IV komponentu, powodując zmniejszenie prądu i zwiększenie wahań mocy. Biorąc za przykład falownik o napięciu znamionowym 1100 V, jego znamionowe napięcie robocze wynosi zazwyczaj 600 V, a zakres napięcia pełnego obciążenia MPPT wynosi od 550 V do 850 V. Jeśli napięcie wejściowe przekroczy ten zakres, wydajność falownika będzie niezadowalająca.
W praktyce, biorąc pod uwagę ujemne współczynniki temperaturowe charakterystyk komponentów, zaleca się następujące parametry głównych modułów 182 i 210 dostępnych na rynku:
W przypadku 182 modułów należy połączyć szeregowo około 16 modułów, najlepiej 13–17 modułów;
W przypadku 210 modułów należy połączyć szeregowo ok. 18 modułów, najlepiej 16–22 modułów.
Oczywiście powyższe zalecenia dotyczące ciągu powinny być określone w połączeniu z określonymi wartościami parametrów modułu. Obecnie na rynku wciąż pojawiają się różne nowe technologie, nowe wersje i nowe specyfikacje modułów, a zmiany są bardzo szybkie; podczas gdy parametry falownika są stosunkowo stabilne, podczas dopasowywania główny nacisk kładzie się na zgodność między napięciem ciągu a znamionowym/pełnym zakresem napięcia MPPT falownika, a nie będzie żadnych błędów.
Uwaga: 1100 V to próg ochrony napięcia. Jeśli zostanie osiągnięty lub przekroczony, system spowoduje nieodwracalne błędy lub wypadki związane z bezpieczeństwem.
