MEEI Kft. a TÜV Rheinland Csoport tagja Megújuló Energia Biztonságosan. Az inverterek biztonságtechnikai - üzemeltetési kérdései

MEEI Kft. a TÜV Rheinland Csoport tagja Megújuló Energia Biztonságosan Az inverterek biztonságtechnikai üzemeltetési kérdései Magyar Elektrotechnikai Egyesület Vándorgyűlés Siófok, 2010. szeptember, 16. Szentpály W. Miklós Projekt menedzser Vizsgálómérnök [email protected]

1 |

MEEI Kft. | Budapest

A témák, melyeket érintünk

-Szakmai áttekintés - Inverterek, felépítésük, funkció - Szabványok - Műszaki problémák, kezelésük:

DC injektálás a hálózatba - Külföldi tapasztalatokról - Intersolar kiállítás, München 2010 - Engedélyezési gyakorlat - Kérdések -

2 |


Szakmai áttekintés

A megújuló energiák az EU-ban és Magyarországon Az Európai Parlament és a Tanács 2009/28/EK irányelve Célok az EU-ban (2020-ig) 20% kötelező összarány a megújuló energiákban 10% a közlekedésben - húzó ágazat lehet a gazdaságokban Nemzeti célkitűzések a 20%-os arány tekintetében, méltányosan, a helyi adottságok figyelembe vételével 10% a közlekedésben, kötelezően, minden tagállamban Magyarország 4,3% (2005) 13% (2020), zöldáram vállalás 3,6% (2010) Párhuzamos megfontolások - fenntartható energia politika - húzó ágazat lehet a gazdaságban / foglalkoztatottság - Környezetvédelem - üvegházhatású gáz kibocsátás csökkentése (kiotói egyezmény)

3 |



A megújuló energiák felhasználásának folyamata „mindenütt” inverterek Megújuló (környezetbarát) energia forrás: (Víz) Szél generátor – változó feszültség, frekvencia Nap napelem – változó (U, I, P) egyenáram Biomassza váltakozó áram generátor Tüzelőanyag cella változó egyenáram (U, I, P) A keletkező energiát legtöbb esetben villamos energia formájában szállítjuk, osztjuk szét és használjuk fel: 50 Hz-es európai hálózat. Energia forrás >> átalakító >> 1/3 fázisú váltakozó áramú villamos energia Átalakító (villamos energia): Egyenáram >> inverter >> váltakozó áram

4 |



Új eszközök – új kockázatok Az inverterek felépítése és funkcióik Hálózat 230V / 50 Hz

PV (Photo voltaic - napelem) panelek: 12 – 1500V transzformátor

= =

= =

=

DC / DC konv. Fix fesz.

~ DC / AC inverter 230 - 400V / 50 (60) Hz 3 fázis

µP

Inverter

5 |


Követelmények:  Biztonság: hagyományos kockázatok – áramütés, tűz stb.  Hálózat: új kockázatok (áramütés a hálózat leállása után, sw biztonság) Hálózati/szolgáltatói követelmények:  Hálózati jellemzők (áramminőség… stb.)  Sziget üzem megelőzése


A biztonsági kockázatok, minőségi, biztonsági elvárások: fogyasztó – hálózat védelme A PV és más inverterek reményeink szerint nagy számban jelennek meg a háztartásokban is Hagyományos kockázatok életben és vagyoni, háztartáson belül (áramütés, tűz, sérülés, elektromos berendezések károsodása stb.) Kiküszöbölése a (PV) inverterekre szabott biztonságtechnikai szabvány Új kockázatok a hálózati üzem miatt - Áramütés a háztartáson kívül (nem kívánt „sziget üzem”), a szolgáltató felé - Egyéb felkapcsolódási kockázatok - Processzoros vezérlés - sw Szolgáltatói elvárások, áramminőség - harmonikus tartalom (áramtorzítás) - flikker zaj (villogás) - frekvencia követés, teljesítmény tényező - túlfeszültség, alacsony feszültség, frekvencia kezelése - nem kívánt sziget üzem elkerülése EMC elvárások (elektromágneses zavarkeltés és érzékenység) - zajsugárzás - zaj immunitás Általános ill. felhasználói: Megbízhatóság, jó hatásfok, élettartam

6 |


Szabványosítás

A szabványosítás segíthet kézben tartani a megújuló energiát termelő rendszereinket

7 |



Mi a gyakorlat most? -Több országban nemzeti és régi (elavult) szabványok - EN 50178 (hálózatra kapcsolt készülék, általános biztonság) - VDE 0126-1-1 német inverter szabvány - DK 5940 Olaszország - UL 1741 USA (inverter szabvány) - EMC szabványok Korszerű, egységes, egymásra hivatkozó: - IEC 62109-1:2010 (inverter alap biztonsági szabvány) - IEC 61727:2004 (hálózati interface, „áramminőség) - IEC 62116:2008 (anti islanding mérése) - EMC szabványok

8 |



Az inverterek biztonságát szabványok szabályozzák: (pr) IEC 62109-1:2010;-2 / prEN 62109-1;-2 – változnak, fejlődnek Általános - „hagyományos” - biztonsági szemlélettel: -1, PV inverterekhez -2, PV inverterek akkumulátor töltővel Érvényességi kör: 1500V DC (PV panelek bemeneti feszültség) 1000V AC (Hálózat, kimeneti feszültség) Kizárva: szél és egyéb forgó gépek (később várhatóan integrálni fogják….) ….szigetelés ellenőrzés, kúszóáram utak, légközök, IP védettség, földelés minősége, kritikus alkatrészek stb.…. szigorítva A szabvány e része a „hagyományos” biztonsági kérdéseket tárgyalja, de hogyan kezeli a mikroprocesszorok témakörét?

9 |



A mikrokontroller „néhány” feladata…: A PV panelek feszültségének, áramának mérése Az első DC/DC konverter vezérlése a maximális kivehető teljesítmény érdekében (Maximum Power Point Tracking - MPPT) A hálózati feszültség, áram mérése (3 fázis) A második konverter – inverter - DC/AC vezérlése A hálózati frekvencia folyamatos mérése A hálózati csatlakozás felügyelete - nem kívánt sziget üzem elkerülése - anti islanding A kimeneti áram teljesítményfaktorának és harmonikus tartalmának (THD) kontrollja A kimeneti áram egyenáram tartalmának az ellenőrzése (DC injection) A „lágy indítás” vezérlése, hálózatra kapcsolódás Sziget üzem miatti leállás utáni újraindítás - recovery  …egyéb döntések …stb… Egy sereg összetett REAL TIME (valós idejű) feladat…. A program (firmware) fejlesztők minden feladatot meg kell oldjanak magas megbízhatósággal – a tesztelő szervezeteknek kell (test report - TR) ellenőrizni a sw biztonság kielégítő szintjét… IEC 60730-1 H Annex

10 |



(pr) IEC 62109-1;-2 / prEN 62109-1;-2 Az új biztonsági követelmények: Annex B (kötelező) Ha a rendszer processzor vezérelt: az Annex B - IEC 62109-1:2010 - kötelező melléklet hivatkozik az IEC 60730-1 Annex H szabványra: „B.1 Software Or Firmware That Perform Safety Critical Functions”…Protective Controls employing software or firmware to perform their function (s), shall be so constructed that they comply with IEC 60730–1 Annex H to address the risks identified in B2.1. …. B.2.1 Risk Analysis… …i) The software must detect a hardware or software malfunction and place the device in a safe state as indicated per the “Risks Addressed State” definition.” >> Hw/sw biztonsági – megbízhatósági vizsgálatok

IEC 60730-1 Annex H (~100 old.): hw/sw követelmények:

11 |



Hogyan tudjuk ellenőrizni és megoldani ezeket a feladatokat? Kockázat menedzselés ellenőrzése A)  Hardware kiértékelés  Flowchart ellenőrzés, a kockázat kezelés és az inverter funkciói alapján  Forrás kód ellenőrzés  A firmware beazonosítása (a forrás kód és a beégetett firmware beazonosítása) B)  A fejlesztési eljárás és dokumentáció ellenőrzése  Milano, 2009. április, konferencia a sw biztonságról  Milano, 2010, szeptember, konferencia a sw biztonságról!

12 |



Hálózati - áramminőségi követelmények IEC 61727: PV inverterek szolgáltatói interfész jellemzői -1 / 3 fázisú PV inverterekre -Flicker (villogás) -Felharmonikus tartalom (a szinusz „torzítása”) -Teljesítménytényező -Túl / alul feszültség kezelése -Túl / alul frekvencia kezelése -Szigetüzem elkerülése Fenti pontokban leírt specifikációtól eltérő esetekben az eszköznek le kell kacsolódni a rendszerről -Fesz. szabályozást az inverter nem végez, csak védelmi beavatkozást Szinkronjárás a hálózattal, a frekvencia határok között

13 |



Hálózati - áramminőségi követelmények IEC 61727 PV: inverterek szolgáltatói interfész jellemzői -Felharmonikus tartalom < 5%

14 |

Páratlan harmonikusok 3. tól 9.ig 11.től 15.ig 17.től 21.ig 23.tól 33.ig

Torzítási határ Kisebb mint 4,0% Kisebb mint 2,0% Kisebb mint 1,5% Kisebb mint 0,6%

Páros harmonikusok 2.tól 8.ig 10.től 32.ig

Torzítási határ Kisebb mint 1,0% Kisebb mint 0,5%


Hálózati - áramminőségi követelmények

IEC 61727: PV inverterek szolgáltatói interfész jellemzői Teljesítménytényező - 0,9 - Pki > 50%Pn (általában kényelmesen teljesül) Hálózati feszültségkiesés - Leállás, visszakapcsolódás - elvárt időn belül Túlfeszültség / alul feszültség - /frekvencia Nem kívánt sziget üzem elkerülése Feszültség(hál. csatlakozási ponton) Maximális trip* idő V<0,5xVnévleges 0,1s 50%
15 |



Hálózati - áramminőségi követelmények IEC 61727: PV inverterek szolgáltatói interfész jellemzői Magas / alacsony frekvencia + / - 1 Hz >> trip, 0,2 – 1 sec – en belül Késleltetés oka a folyamatos üzem, rövid idejű zavarok átlépése Sziget üzem elleni védelem A PV rendszernek meg kell szüntetnie a betáplálást a hálózat kiesése esetén 2s-on belül.* A hálózat visszatérése 20s – 5min, helyi viszonyok szerint

16 |



Hogyan mérjük? IEC 62116:2008 PV inverterek nem kívánt szigetüzem elkerülési képességének mérése (1/3 fázis)

17 |


Szakmai háttér

Nem kívánt sziget üzem mérése - műterhelés

18 |



Hogyan mérjük? IEC 62116:2008 PV inverterek nem kívánt szigetüzem elkerülési képességének mérése (1-3 fázis) 3 különböző teljesítménynél: 33% 66% 100% Minden teljesítmény szintnél +/- irányban, 5-5 ponton, 1 %-ra reaktív elemekkel elhangolva

19 |



Hogyan mérjük? IEC 62116:2008 „anti islanding” – A TÜV – MEEI felkészült Erősáramú / biztonsági jellemzők - Speciális DC tápegység 30kW – sw vezérelhető (Solar simulator) - Speciális AC tápegység 30kVA (hangolható U, F)- sw vezérelhető - 1 / 3 fázis - Alacsony harmonikus torzítás - Forrás / nyelő (4 quadránsos) üzemmód - ~ 20 paraméter szimultán rögzítése (NI – LabView), sw vezérelhető - Mérés automatizálás Vezérlés, hw/sw kiértékelés: - hw/sw eszközök (labor) -Metodika, sw kiértékelői képzés, kooperáció 2010: KMOP 1.1.1 elnyert pályázat 80 + 80 MFt (önrész) - Külső kooperáció 100kW-ig, 2011

20 |


Műszaki problémák, kezelésük

DC injekció a hálózatba A probléma : - Előmágnesezés - Felharmonikus generálás - Hatásfok romlás - Túlmelegedés - Oszcilláció 1 inverter >> sok inverter ? Fontos paraméter -1% alatt Pn, In - Mikor kell transzformátoros kimenetű inverter? - Teljesítmény határ - Szegmens topológia - Szakcikkek

21 |


USA Elosztott hálózati terv (DER, Distributed Energy Resources) Min gondolkoznak a nagyvilágban?

22 |


Külföldi tapasztalatok Rendszeres egyeztetés – TÜV Rheinland – AC (telefon konferenciák)! - Németország, Japán, USA, Olaszország, Kanada, Spanyolország, Magyarország Kína, Taiwan részvételével Rendszeres egyeztetés – TÜV Rheinland – Workshop (2009 Köln – 2010 Los Angeles)! - Firmware vizsgálat - Szabvány fejlesztés - Anti islanding - Kooperáció Intersolar kiállítás (München) - Pezseg az iparág (1300 kiállító 200 feletti inverter gyártó – sok távol keleti) - Sokféle új megoldás - Napelemek, Inverterek, Vezérlések (nagy – mikro) - Óriási szaksajtó - Innováció

23 |


Engedélyezési gyakorlat - felmerülő problémák egyeztetése

TÜV Rheinland MEEI – áramszolgáltatók egyeztetéssel

-

Dokumentáció bekérés Tanúsítvány bekérés „Honosítás”

-

Részeleges vizsgálat >> tanúsítás (…kedvezménnyel)

-

Új műszerrendszer – 40 milliós műszer beruházás, EU-s pályázati támogatással -

Teljes vizsgálat >> tanúsítás (család kedvezmény) Gond: nem elég tőkeerősek a cégek

Engedélyezés – Áramszolgáltatók? Befektetői nyomás Miért nem jó idehaza? A Gyártó azt mondta ez a szabvány ugyan az…

24 |


Köszönöm a figyelmet, várom kérdéseiket:

[email protected]

25 |


MEEI Kft. a TÜV Rheinland Csoport tagja Megújuló Energia Biztonságosan. Az inverterek biztonságtechnikai - üzemeltetési kérdései

Recommend Documents