Motto: „…..Oni si začali první..…“
KONTROLA PŘETOKU FOTOVOLTAICKÝCH ELEKTRÁREN POMOCÍ REGULÁTORU Asolar AS-GF
1 Úvod
V mnoha případech je žádoucí mít pod kontrolou toky energie, vyrobené běžnou fotovoltaickou elektrárnou (FVE) pracující v režimu vlastní spotřeby (dle dřívějších zvyklostí se jedná o elektrárnu, pracující v režimu Zelený bonus). Z různých důvodů může vyplynout požadavek zabránit nežádoucím přetokům vyrobené energie do vnější distribuční sítě.
Navržené řešení kontroly přetoku je určeno pro nově budované nepřetokové fotovoltaické elektrárny , připojené k vnitřnímu elektrickému rozvodu objektu/odběrného místa (grid free). Předpokládá se 100% spotřeba vyrobené energie v odběrném místě, navržená kontrola přetoku slouží jako bezpečnostní prvek.
Níže je popsán návrh řešení kontroly přetoku a testy funkce navrženého zařízení.
2 Popis systému kontroly přetoku
2.1 Popis FVE
Fotovoltaická elektrárna se bude skládat z pole fotovoltaických panelů, připojených k síťovému měniči INV. V tomto měniči probíhá konverze stejnosměrného proudu na střídavý, identického napětí a frekvence s distribuční sítí. Měnič je připojen do vnitřních rozvodů objektu v majetku provozovatele objektu. Produkovaná energie je přímo spotřebovávána v místě výroby. Síťový měnič je vybaven integrovanou síťovou ochranou, která provádí odstavení měniče při překročení následujících mezních parametrů sítě v uvedených časech:
| Nadpětí: | 110% Un / 0,1 sec |
| Podpětí: | 90% Un / 0,1 sec |
| Nadfrekvence: | 50,5 Hz / 0,1 sec |
| Podfrekvence: | 49,5 Hz / 0,1 sec |
Ostrovní provoz měniče není povolen, ostrovního provozu měnič není schopen.
2.2 Pasivní kontrola přetoku vhodným návrhem velikosti FVE
Primárním opatřením proti nežádoucímu přetoku je návrh vhodné velikosti fotovoltaického zdroje. Návrh je prováděn analýzou – porovnáním hodinové spotřeby daného odběrného místa (referenční období dle charakteru objektu) a předpokládané hodinové výroby navrhované fotovoltaické elektrárny (databáze Meteonorm). Krokováním velikosti FVE je nalezen takový instalovaný výkon FVE, při kterém za běžného provozu k nežádoucím přetokům nebude docházet.
Popis hodinové analýzy není předmětem této stati (bude uvedena v samostatném rozboru).
2.3 Aktivní kontrola přetoku regulátorem Asolar AS-GF
Kromě výše uvedené analýzy spotřeby a výroby, která zajistí primární ochranu proti nežádoucímu přetoku, bude FVE vybavena regulátorem kontroly přetoku, který v případě hrozby přetoku do vnější distribuční sítě provede okamžité odstavení fotovoltaické elektrárny FVE.
Zjištění hrozby přetoku se provádí v kvadrantu spotřeby a to tak, že je v regulátoru AS-GF nastaven minimální přípustný odběr objektu Imin (pro každou fázi samostatně Imin1, Imin2, Imin3). V případě, že odběr v odběrném místě poklesne v libovolné fázi pod nastavenou mez (např. velkým aktuálním výkonem FVE a malým odběrem objektu – víkend), dojde k rozepnutí příslušného relé regulátoru K1/K2/K3. Tato relé jsou zapojena do série a vypínají/zapínají cívku stykače hlavního rozpojovacího místa HRM (reakční doby viz. kapitola 3. Test regulátoru). Analýza hraničního vypínacího proudu Imin probíhá po nastavený počet period síťového napětí (1 až 5), typicky nastavena 1 perioda = 20 msec (dt_OFF).
Po odeznění hraničních podmínek (odběr vzroste nad vypínací úroveň Imin v každé fázi po nastavenou dobu dt_ON) dojde k obnovení provozu fotovoltaické elektrárny FVE (sepnutí stykače hlavního rozpojovacího místa HRM). V případě trvání hrozby přetoku je FVE opět odstavena.
Pokud regulátor identifikuje místo minimálního odběru přetok, systém se chová stejným způsobem.
Měřící proudové transformátory regulátoru MTP budou osazeny na odvodním vedení směrem k fakturačnímu elektroměru.
3 Test regulátoru přetoku AS-GF
Pro zjištění časů odepnutí FVE v případě kriticky malého odběru či přetoku bylo sestrojeno testovací zařízení dle výkresu 02 (příloha A2. Výkresová dokumentace).
3.1 Popis funkce testovacího zařízení
Výchozí nastavení regulátoru AS-GF:
- dt_OFF = 20 msec
- dt_ON = 10 sec
- Imin1 = Imin2 = Imin3 = – 0,1A
Po sepnutí jističe F1 se rozsvítí žárovka Z2 („odběr“) a měřící sondou MTP je zaznamenán proud odběru -0,3A. Protože je v tomto okamžiku splněna podmínka, že velikost odběru je větší (směrem do záporné hodnoty) než nastavená hodnota Imin (-0,1A), je spuštěn časovač dt_ON (10 sec). Po uplynutí 10 sec dojde k sepnutí relé K1 v regulátoru a zapnutí žárovky Z1 („dodávka“). Měřící sondou MTP po sepnutí K1 projde proud opačného směru +0,3A, čímž dojde k podkročení nastavené hodnot Imin a relé K1 opět rozepne. Na připojeném osciloskopu je pak odečten počet period, které pronikly přes sepnutý kontakt K1. Tento počet period odpovídá reakční době regulátoru (viz. obrázek 1).
Po otestování reakční doby samotného regulátoru byla do okruhu kontaktu K1 vložena cívka stykače hlavního rozpojovacího místa elektrárny HRM. Kontakty tohoto stykače spínají/rozpínají přívod do zátěže Z1 („dodávka“). Testovány byly dva druhy stykačů (instalační relé/motorový stykač). Výsledky měření jsou uvedeny na obrázcích 2 a 3.
Použité měřící zařízení:
Digitální osciloskop RIGOL DS1102E, v.č. DS1EB134106163
3.2 Výsledky měření – shrnutí
- reakční doba regulátoru (rozepnutí K1 při podkročení Imin): do 20 msec
- reakční doba celé sestavy – instalační stykač HRM: do 25 msec
- reakční doba celé sestavy – motorový stykač HRM: do 40 msec
Z měření vyplývá, že reakční doba závisí na mechanických vlastnostech použitého stykače HRM (rychlost odpadu kontaktů). Lze však předpokládat, že maximální doba od podkročení hodnoty Imin do odstavení FVE by neměla překročit: 100 msec (0,1 sec)
Videoukázka:
https://www.youtube.com/watch?v=0zeJ1nE-0YI&feature=youtu.be
3.3 Instalační a provozní pokyny
- pro zvýšení spolehlivosti systému zejména u velkých FVE je doporučeno použít dva nezávislé regulátory AS-GF (1. stupeň / 2. stupeň)
- je doporučena instalace podružného 4Q – elektroměru (pokud není součástí stávající elektroinstalace). Elektroměr slouží pro nezávislou detekci nežádoucí dodávky.
- je doporučena SMS signalizace stavu regulace
- je doporučen vzdálený dohled přes webové rozhaní
- v pravidelných intervalech (dle Místního provozního předpisu) provádět test funkčnosti regulace
4 Závěr
Za předpokladu použití pasívní i aktivní kontroly přetoku (dimenzování velikosti FVE / regulace) se navržené řešení jeví jako účinná ochrana proti nežádoucí dodávce do vnější distribuční sítě. Vzhledem k tomu, že k odstavení FVE dochází ještě v kvadrantu odběru, je výskyt nežádoucí dodávky málo pravděpodobný. Maximální předpokládaný čas odstavení FVE (hypotetická doba trvání přetoku): 0,1 sec (100 msec), typicky 0,025 – 0,05sec (25 – 50 msec) dle použitého rozpadového stykače.
Znojmo, 15.9.2014 Ing. Tomáš Vocílka