Защита от островного режима PV-инверторов — почему инвертор должен отключиться в течение 2 секунд (NEN-EN 50549-1)

Гид по §712 — PV-установки и гид по PV-пожарному выключателю оба рассматривают меры защиты вокруг PV-установки, но на разных уровнях: статья про пожарный выключатель посвящена быстрому снятию напряжения с DC-строк на уровне модуля для спасателей. Эта статья посвящена другой, расположенной на стороне сети функции защиты: защите от островного режима (anti-islanding).

Что такое островной режим

Островной режим (англ. islanding) возникает, когда часть низковольтной сети после потери питания от электросети (плановое обслуживание или авария) всё же остаётся под напряжением — питаемая от локальной генерации (PV-инверторы, когенерация, накопители энергии), подключённой в пределах этого участка сети. Это опасно по двум причинам:

• Безопасность персонала: работник сетевой компании, исходящий из того, что линия обесточена во время обслуживания или аварии, может неожиданно обнаружить, что она под напряжением.
• Риск синхронизации: когда сетевая компания восстанавливает питание без того, чтобы изолированный участок сети был точно синхронизирован по фазе и частоте с восстановленной сетью, при их повторном соединении возникает разрушительный скачок тока для оборудования на этом участке сети.

Требование: обнаружение и отключение в течение 2 секунд

NEN-EN 50549-1 («Требования к генерирующим установкам, подключаемым параллельно к низковольтным распределительным сетям») предписывает, что инвертор (или связанное с ним защитное реле) должен обнаружить потерю сети и отключить установку в течение максимум 2 секунд. Это достигается сочетанием:

• Пассивного обнаружения: контроль пределов напряжения и частоты, а также скорости изменения частоты (ROCOF — rate of change of frequency) или сдвига фазы (vector shift), которые характерно отклоняются, как только сеть теряется.
• Активного обнаружения: для генерации на основе инверторов часто дополнительно вносится небольшое, преднамеренное возмущение частоты или полного сопротивления, отклик на которое отличается между подключённой сетью и изолированной островной сетью — метод, который также работает в ситуациях, где пассивное обнаружение даёт слишком малое отклонение (например, когда локальная нагрузка случайно близко совпадает с выработанной мощностью).

Отличие от DC-стороннего пожарного выключателя

Защита от островного режима и PV-пожарный выключатель решают две разные проблемы: защита от островного режима — это функция автоматической защиты сети на стороне переменного тока, которая предотвращает непреднамеренное сохранение напряжения на части сети после потери питания от неё; пожарный выключатель — это функция на уровне модуля на стороне постоянного тока, которая при отключении стороны переменного тока снижает остаточное напряжение на самих DC-строках, специально для безопасности спасателей, которым нужно работать на крыше или у инвертора. Обе функции необходимы; ни одна не заменяет другую.

Практическая значимость

Для монтажника, выполняющего коммутационные работы вблизи цепи с локальной генерацией, важно понимать, что предположение «питание от сети отключено, значит линия обесточена» не выполняется автоматически, пока к этому участку сети подключена локальная PV- или когенерационная генерация — функция защиты от островного режима должна была сработать в указанное время, а это остаётся автоматической функцией, которая, как и любая защита, может отказать или сработать с задержкой. Поэтому проверка напряжения перед прикосновением остаётся обязательной, даже если известно о наличии защиты от островного режима.

Частые ошибки

1. Предположение, что отключённое входящее питание всегда означает отсутствие напряжения, без собственной проверки напряжения, тогда как локальная PV- или когенерационная генерация может ещё кратковременно поддерживать напряжение на соответствующем участке сети.
2. Путаница защиты от островного режима с DC-сторонним пожарным выключателем — одна является функцией автоматической защиты сети на стороне переменного тока, другая — функцией на уровне модуля на стороне постоянного тока для безопасности спасателей; они решают разные задачи.
3. Изменение или ослабление настроек защиты сети инвертора (пороги напряжения/частоты) без разрешения сетевой компании — эти настройки, как правило, фиксированы и сертифицированы согласно сетевому кодексу.
4. Игнорирование окна обнаружения до 2 секунд при выполнении работ вскоре после отключения цепи с локальной генерацией — в течение этого окна участок сети может ещё кратковременно оставаться под напряжением.

Связанные материалы

• §712 — PV-установки
• PV-пожарный выключатель
• Перегрузка сети и накопление энергии в батареях
• Обнаружение дугового замыкания постоянного тока для PV-строк