Falownik PV — funkcje wsparcia sieci: regulacja mocy biernej i redukcja mocy przy nadczęstotliwości (LFSM-O)

Artykuł o pracy antywyspowej opisuje reakcję falownika PV na całkowity zanik sieci, a artykuł o RCMU opisuje wewnętrzną detekcję zwarcia doziemnego falownika. Ten artykuł dotyczy trzeciego, niezależnego mechanizmu: funkcji wsparcia sieci, aktywnych dopóki falownik jest po prostu podłączony do działającej sieci, które NEN-EN 50549 wymaga, aby zapobiec pogorszeniu lokalnej jakości sieci przez dużą liczbę jednocześnie oddających moc falowników PV.

Dlaczego falownik musi robić więcej niż tylko dostarczać moc

Sieć niskiego napięcia została pierwotnie zaprojektowana dla ruchu jednokierunkowego: moc płynie od stacji transformatorowej do przyłącza. Przy dużej gęstości oddawania mocy PV na słabym lub długim przyłączu kablowym lokalne napięcie może w słoneczne godziny wręcz wzrastać zamiast spadać, z ryzykiem przekroczenia dopuszczalnego pasma napięciowego. Ponadto duża, jednoczesna nadwyżka mocy w sieci może tymczasowo podnieść częstotliwość sieci powyżej nominalnych 50 Hz. NEN-EN 50549 wymaga więc, aby falownik — poza samym wytwarzaniem mocy — aktywnie przyczyniał się do stabilizacji zarówno lokalnego napięcia, jak i częstotliwości sieci.

Regulacja mocy biernej: Q(U) lub cosφ(P)

Aby przeciwdziałać lokalnemu wzrostowi napięcia, falownik powyżej określonej mocy musi umieć sterować mocą bierną według jednej z dwóch charakterystyk określonych przez operatora sieci:

• Regulacja Q(U): falownik mierzy lokalne napięcie i automatycznie pochłania więcej mocy biernej (zachowanie indukcyjne) w miarę wzrostu napięcia powyżej wartości nominalnej, zgodnie z wcześniej ustawioną charakterystyką typu droop między napięciem a mocą bierną.
• Stała charakterystyka cosφ(P): docelowy współczynnik mocy falownika zmienia się wraz z dostarczaną mocą czynną — bliski cosφ = 1 przy niskiej mocy, obniżający się do niższego, wcześniej ustawionego współczynnika mocy przy mocy zbliżonej do maksymalnej.

Która z dwóch metod obowiązuje i z jakimi parametrami, ustala operator sieci przy przyłączu — nie jest to dowolny wybór instalatora ani właściciela instalacji.

Redukcja mocy przy nadczęstotliwości: LFSM-O

LFSM-O (Limited Frequency Sensitive Mode – Overfrequency) to funkcja wymagająca od falownika automatycznego zmniejszenia mocy czynnej, gdy tylko częstotliwość sieci przekroczy ustalony próg — w europejskim kodeksie sieciowym standardowym progiem jest 50,2 Hz. Powyżej tego progu falownik zmniejsza swoją moc wyjściową zgodnie z ustaloną charakterystyką (droop) w miarę dalszego wzrostu częstotliwości, i zwiększa ją ponownie, gdy częstotliwość spadnie poniżej progu. Mechanizm ten zapobiega sytuacji, w której duży udział generacji rozproszonej podnosiłby już podwyższoną częstotliwość sieci jeszcze bardziej, co bez tej funkcji mogłoby prowadzić do wielkoskalowego, skoordynowanego wyłączenia mocy wytwórczej.

Uwaga: LFSM-O funkcjonalnie różni się od pracy antywyspowej. Praca antywyspowa całkowicie wyłącza falownik, gdy sieć zanika lub przekracza granicę bezwzględną. LFSM-O stopniowo obniża moc, w normalnym zakresie roboczym falownika, bez odłączania falownika od sieci — falownik pozostaje podłączony i aktywny, tylko z mniejszą mocą wyjściową.

Dlaczego ustawienia fabryczne nie są automatycznie zgodne

Falownik dostarczony z fabrycznymi ustawieniami domyślnymi dla innego kraju lub z ogólnym profilem NEN-EN 50549 nie jest automatycznie zgodny ze specyficznymi ustawieniami wymaganymi przez holenderskiego operatora sieci dla danego przyłącza. Progi częstotliwości, charakterystyka mocy biernej (Q(U) czy cosφ(P)) oraz powiązane parametry droop muszą zostać wyraźnie skonfigurowane przy uruchomieniu zgodnie z profilem odpowiednim dla poziomu napięcia i typu przyłącza (typ B według europejskiej klasyfikacji RfG, w przypadku większości małych instalacji PV).

Znaczenie praktyczne

Przy odbiorze lub kontroli instalacji PV z falownikiem powyżej progu, od którego funkcje wsparcia sieci są obowiązkowe, ważne jest sprawdzenie, czy falownik został faktycznie skonfigurowany zgodnie z profilem określonym przez operatora sieci — nie tylko czy falownik jest „zgodny z NEN-EN 50549" według tabliczki znamionowej, ponieważ zgodność sama w sobie nic nie mówi o faktycznie aktywnych ustawieniach parametrów.

Częste błędy

1. Założenie, że zgodność falownika z NEN-EN 50549 jest wystarczająca, bez sprawdzenia, czy funkcje wsparcia sieci zostały faktycznie aktywowane i poprawnie skonfigurowane przy uruchomieniu.
2. Pozostawienie falownika na ustawieniach fabrycznych dostosowanych do innego kraju lub ogólnego profilu, zamiast konkretnego profilu wymaganego przez holenderskiego operatora sieci dla danego przyłącza.
3. Mylenie LFSM-O z pracą antywyspową — pierwsza stopniowo obniża moc w normalnym zakresie roboczym, druga całkowicie wyłącza falownik.
4. Niesprawdzenie, która charakterystyka mocy biernej (Q(U) czy cosφ(P)) obowiązuje dla konkretnego przyłącza, i pozostawienie falownika na dowolnym lub domyślnym ustawieniu.

Powiązane materiały

• Falownik PV — praca antywyspowa (NEN-EN 50549)
• Falownik PV — RCMU i detekcja zwarcia doziemnego (IEC 62109-2)
• §712 — Instalacje fotowoltaiczne
• Kompensacja współczynnika mocy