İnverter adalanma(islanding) testi temel ve hayati öneme sahiptir. Adalanma, güneş enerjisi sistemi veya rüzgar türbini gibi dağıtılmış bir jeneratörün elektrik şebekesi kapalıyken şebekeye güç sağlamaya devam ettiği kritik ve güvensiz bir durumdur. Bağlantı kesme süresinin otomatik olarak ölçülmesi güvenliği artırabilir ve çok zaman kazandırabilir. Böyle bir senaryoda Dewesoft, test ihtiyaçlarını karşılamak için özel olarak tasarlanmış bir yazılım sunmuştur.
Günlük hayatın uğultusuyla uğuldayan sakin bir mahalle hayal edin. Elektrik hatları elektriği taşıyor ve her evi şebekeye bağlıyor. Sonra, aniden, şebekede bir aksaklık meydana geliyor ve adalanma olarak bilinen fenomeni tetikliyor.
Bu durumda mahalle izole olur ve elektrik şebekesinden kopar. Işık ve cihazlar voltaj dengesizliklerine takılarak belirsiz bir şekilde titrer. Elektrik şebekesinin hareketsiz kalmasını bekleyen bakım görevlileri, kesilen hatlara yaklaşır. Ve adalanmış enerji kaynağı inatla yerini koruduğu için tehlikeli bir bölgeye adım atarlar.
Adalanma bağlantı kesme süresi, invertörlü bir güneş enerjisi sistemi gibi dağıtılmış bir enerji kaynağının (DER) bir adalanma durumu tespit ettikten sonra elektrik şebekesiyle bağlantısını kesmesi için geçen süreyi ifade eder.
Ne kadar kısa olursa o kadar iyidir. İnverter adalanmasının etkileri hem güvenlik, hem operasyonel hem de ekipman açısından bazı sonuçlar doğurabilir:
Güvenlik Endişeleri
İşçi Güvenliği: Çalışanlar elektrik şebekesinde bakım veya onarım çalışması yaparken elektriğin kesilmesini bekleyebilir. Eğer bir invertör adalanmaya çıkıyorsa, bu bir güvenlik riski oluşturabilir.
Gerilim Bozuklukları: Adalanma, şebekeye bağlı elektrikli cihazların kararlılığını ve güvenliğini etkileyen voltaj dengesizliklerine yol açabilir.
Operasyonel Zorluklar
Şebeke Kararlılığı: Adalanma daha büyük elektrik şebekesinin istikrarını etkileyebilir. Adalanmış bir sistem güç sağlamaya devam ettiğinde, istikrar sorunları ortaya çıkabilir.
Frekans Uyuşmazlığı: Adalanmış bir sistem şebekeden farklı bir frekansa sahip olabilir ve yeniden bağlanmaya çalışıldığında senkronizasyon sorunlarına neden olabilir.
Ekipman Hasarları
Cihaz Hasarı: Adalanmış bir sistemden şebekeye ani güç restorasyonu, şebekeye bağlı hassas elektronik ekipmana zarar verebilecek bir elektrik dalgalanmasına neden olabilir.
İnverterlar da dahil olmak üzere dağıtılmış enerji kaynakları, bağlantının hızlı bir şekilde kesilmesini sağlamak için önleyici koruma özellikleriyle tasarlanmıştır. İnverter tarafından kullanılan algılama yöntemleri, koruyucu rölelerin tepki süresi ve DER sisteminin genel tasarımı bağlantı kesme süresini etkiler.
Kuruluşlar ve düzenleyici kurumlar, elektrik şebekesinin güvenli ve güvenilir bir şekilde çalışmasını sağlamak amacıyla DER’ler ve inverterler için adalanma standartları oluşturmuştur. İnverterlerin ilgili standartlara ve yönetmeliklere uyumu, adalanma etkileriyle ilişkili güvenlik ve operasyonel endişeleri gidermek için gereklidir.
İnvertörün anti-adalanma koruması, şebeke bozulmalarını veya anormallikleri algılar ve adacıklanmayı önlemek için dağıtılmış enerji kaynağını şebekeden ayırır.
TEST
Kalite kontrol gereğince, solar PV inverterlerin BIS tarafından tanınan bir laboratuvar tarafından test edilmesini gerektirmektedir.
Bu durum, maksimum 1000/1100Vdc PV voltajı ve 415V AC Nominal AC voltajı ile 150KW’a kadar kapasiteye sahip Solar Foto Voltaik (SPV) tabanlı Şebekeden Bağımsız, Şebekeye Bağlı ve Hibrit İnvertörler için geçerlidir.
Yapılması planlanan ölçüm, üreticilerin ürünü CRS altında kaydettirmek için IS 16221 ve IS 16169 standardına göre şebeke içi invertörleri ve IS 16221’e göre şebeke dışı invertörleri test etmelerini gerektiriyor. Yönergeler uyarınca, üreticilerin test için belirli bir serinin numunelerini sunarken ürünlerinin serilerine ilişkin bir beyanname sunmaları gerekmektedir.
Şebekeye bağlı inverter test laboratuvarındaki iki şebeke simülatöründen biri.
Çözüm Enstrümantasyonu
Adalanma testi için özel test prosedürü, şebeke arızasını simüle etmek için kontrollü bir ortam yaratmayı ve inverterün adalanma durumunu ne kadar hızlı algıladığını ve şebekeyle bağlantısını kestiğini değerlendirmeyi içerir.
Bu amaçla, Şebeke Test Tesisi bir Dewesoft çok kanallı güç analizörü (Yüksek Örnekleme), sıcaklık vb. için keyfi kanallara sahip Dewesoft SIRIUS HS satın almıştır.
- Yüksek Gerilim (AC/DC) için 10 Kanal
- Akım için 10 Kanal (AC/DC)
- Sıcaklık için 4 Kanal
CPRI’daki GRID Test Tesisinin şematik diyagramı.
Dewesoft SIRIUS HS (Yüksek Hızlı) amplifikatörler güç analizi uygulamaları için uygundur ve hem AC hem de DC güç olmak üzere tüm enerji akışının senkron verimlilik analizine izin verir. Bu amplifikatörler hızlı transientlerin kaydedilmesi ve yüksek örnekleme hızı gerektiren uygulamalar için uygundur.
CPRI bu ölçüm için SIRIUS HS serisi DAQ sistemini seçmiştir çünkü bu sistem yüksek bant genişliğini alias-free sinyal alımı ile birleştirmekte ve 1 MS/sn’ye kadar örnekleme hızı ile ölçüm yapabilmektedir. Dewesoft DAQ cihazları tamamen modülerdir, yani aynı anda birden fazla cihaz kullanılabilir ve tüm kanallar tamamen senkronize olarak farklı parametreleri ölçebilir.
SIRIUS DAQ sistemi, sahada programlanabilir gate dizisi (FPGA) içinde sonsuz darbe yanıtı filtresi (IIR) ile birleştirilebilen bir anti-aliasing filtresine sahiptir. Bu filtre çözümleri standarttır ve gerektiğinde etkinleştirilebilir veya devre dışı bırakılabilir.
Bir yandan, 16 bit ADC teknolojisi ile birleştirilmiş Düşük Voltaj amplifikatörü (SIRIUS HS-LV), yüksek ölçüm aralıklarında bile düşük voltaj ölçümlerine izin verir, örneğin ± 10V aralığında µV çözünürlük. DewesoftX’teki ölçüm kurulumu bu voltaj seviyelerinin ayarlanmasına izin verir.
Öte yandan, Yüksek Gerilim amplifikatörü (SIRIUS HS-HV) 1600V DC’ye kadar olan gerilimlerin doğrudan ölçülmesini sağlar. Bu durumda, şebeke gerilimi ek gerilim dönüştürücüleri olmadan doğrudan dahili amplifikatörlerle ölçülebilir.
Dewesoft çözümünün şematik diyagramı.
Enstrümanların Listesi
Donanım
- Dewesoft SIRIUS R2 HUB- Veri Toplama
- SIRIUSir-HS-8xHV
- SIRIUSir-HS-8xLV
- SIRIUSir-HS-Custom-2xHV-6xLV
- SIRIUSir-PWR-MCTS2
- Dewesoft SIRIUSi-HD-PWR-MCTS2
- Dewesoft DSI-TH-K – Sensör Arayüzü
- LEM LF 2010-S – LEM Akım Sensörü-2000A
- Ametek ETS1000Y15D – DC Güç Kaynağı
- Ametek 5702499-01 – RLC Yükü
- Scientific PSD 3210 – DC Kaynağı
Yazılım
- DewesoftX Professional
- Dewesoft-OPT-POWER
Sistem kurulumu sırasında CPRI ekibi.
Test Prosedürü
Belirlenen yük ve EUT çıkış koşullarına ulaşmak için inverterleri, şebeke bağlantılı fotovoltaik inverterler için adalanmayı önleme tedbirlerinin test prosedürünü tanımlayan IS 16169:2014/ IEC 62116:2008 uyarınca test edildi.
Bu test, inverterin bir kesinti sırasında şebekeye güç beslemesini durdurarak güvenliğe öncelik vermesini sağlar. Durdurma, enerjisi kesilmiş hatlar üzerinde çalışan kamu hizmeti çalışanları ve acil durum müdahale ekipleri için potansiyel tehlikeleri önler.
Bu test, inverterin bir elektrik kesintisi sırasında belirli bir zaman dilimi içinde şebekeyi algılama ve bağlantısını kesme (karaya çıkma koruması) becerisini doğrular.
Kısaca, test prosedürü üç adımdan oluşur:
- Şebeke bağlantısını simüle etmek ve standart invertör çalışmasını sağlamak
- Bir şebeke güç kaybını simüle etmek (enerjisizleştirme).
- İnverterin çıkış akımını izlemek
Daha pratik olarak, prosedür şöyledir:
- EUT Çıkış Gücünü Belirleme
- DC giriş kaynağını ayarlama
- S1 kapalı, S2 açık
- EUT’yi AÇIK konuma getirilmesi, EUT güç çıkışının ölçülmesi
- Gerçek, reaktif güç, frekans, şebeke gücü (gerçek ve reaktif) ölçümü
- Şebeke için gerçek güç = reaktif güç
- EUT’yi kapatılması ve S1’i açılması
- RLC yükünün Qf = 1 ± 0.05 olacak şekilde ayarlanması
- Endüktif reaktans = EUT gerçek gücü
- İndüktör ilk elemandır
- Kondansatörü şu şekilde ayarlanması: QC + QL = – Q EUT
- RLC devresi tarafından tüketilen güç = P EUT olacak şekilde dirence bağlanması
- RLC yükünü madde 4’e göre bağlanması ve S2’yi kapatılması.
- S1’i kapatılması ve EUT’yi AÇIK konuma getirilmesi
- RLC’yi S1 üzerinden %1 toleransla I AC 0 A olacak şekilde ayarlanması
- Testi başlatmak için S1 bağlantısını kesilmesi.
- Çalışma süresi, tR kaydedilmiştir.
- Test koşulu A için, gerçek yükü ve yalnızca bir reaktif bileşeni %95 ila %105 aralığında test başına yaklaşık %1 oranında ayarlanması.
- Çalışma süreleri artarsa, çalışma süresi azalana kadar %1’lik artışlar yapılması
- Güç kaynağı limiti yerine çıkış gücünü sınırlamak için inverter kontrolünü kullanarak Test C yük koşullarının elde edilmesi
Testi geçmek için inverter şebeke bağlantısını kesmeli ve şebekenin güç kaybettiği andan (enerjinin kesilmesi) itibaren iki saniye içinde akım beslemesini durdurmalıdır.
- Geçti – İnverter çıkış akımı simüle edilen şebeke güç kaybından sonraki iki saniye içinde sıfıra düşer.
- Başarısız – İnverter çıkış akımı iki saniye içinde sıfıra ulaşmaz, bu da gerçek bir elektrik kesintisi sırasında potansiyel bir güvenlik tehlikesine işaret eder.
Test Düzeneği
Ölçümler
Aşağıdaki tablo, Tablo 1, çeşitli güç akışı senaryoları altında adalanma koruması için IS 16169/IEC 62116 standardına göre test edilen 125kW Şebeke Bağlantılı Solar Dizi İnvertörden gözlemlenen ölçümleri göstermektedir.
Test Edilmiş Durum Ve Çalışma Süresi
Ölçüm sonuçları: 125kW Grid Tie Solar String Inverter IS 16169/IEC 62116 standardına göre test edilmiştir.
- PEUT: EUT çıkış gücü.
- PAC: Şekil 1’de S1’deki aktif güç akışı. Pozitif, EUT’den şebekeye giden güç anlamına gelir. Nominal, %0 test koşulu değeridir.
- QAC: Şekil 1’de S1’deki reaktif güç akışı. Pozitif, EUT’den şebekeye giden güç anlamına gelir. Nominal değer %0 test koşulu değeridir.
- BL: denge durumu, IB: dengesizlik durumu.
Dalga Formları
Tüm dalga şekilleri için aşağıdaki renk tanımlarını kullanıyoruz:
- Camgöbeği renkli dalga biçimleri volt (yüksek büyüklük) ve akım (düşük büyüklük) cinsinden R-fazı gerilimlerini gösterir.
- Koyu Mavi renkli dalga formları volt (yüksek büyüklük) ve akım (düşük büyüklük) cinsinden Y fazı gerilimlerini gösterir.
- Kırmızı renkli dalga formları volt (yüksek büyüklük) ve akım (düşük büyüklük) cinsinden B fazı voltajlarını gösterir.
Koşul 1: %100 Dengeli Koşul.
Koşul 2: %66 Dengeli Koşul.
Koşul 3: %33 Dengeli Koşul.
Durum 4: %100 Dengesiz Durum.
Durum 18: %66 Dengesiz Durum
Durum 31: %33 Dengesiz Durum
Adalanma test düzeneğinin taslağı.
CPRI çok sezgisel ve kullanıcı dostu DewesoftX veri toplama yazılımını kullanır. Yazılım, güç analizi modülü ile birlikte bu tür şebeke ölçümlerini doğru ve kolay hale getirir.
Güç analizi (Power Analyzer) modülü, DewesoftX’teki en karmaşık matematiksel modüllerden biridir. Önceden yüklenmiş çeşitli kablo konfigürasyonları ile yazılım, farklı ve hatta değişken frekans kaynaklarında çalışan doğru ve alternatif akım şebekelerinin ölçümlerine izin verir. Tüm ölçümler eşzamanlıdır.
DewesoftX güç analizi modülünde mevcut olan önceden yüklenmiş kablolama şemaları aşağıdaki gibidir:
- DC
- Tek fazlı
- 3 Fazlı Yıldız
- 3 Fazlı Delta
- 3 Fazlı Aron
- 3-Fazlı V
- 3 Fazlı 2 metre
Transdüser Elektronik Veri Sayfası (TEDS) konsepti, her sensörü sensör ve ilgili amplifikatör ayarları hakkında bilgi içeren küçük bir çip ile donatarak ayar sorunlarını ortadan kaldırır.
IEEE 1451 standardı TEDS formatlarını tanımlar. Birçok sensör üreticisi bu standardı sensörlerine uygulamıştır – böyle bir çipe sahip bir sensör satın alıp bağladığınızd, her şey ayarlanmış olur.
Başlangıçta TEDS özelliği ivmeölçerler ve basınç sensörleri gibi piezoelektrik sensörler içindi. Günümüzde MEMS (mikro-elektromekanik sensörler), ivmeölçerler, yük hücreleri, voltaj çıkış sensörleri ve daha fazlası gibi tüm yaygın analog sensörleri ve aktüatörleri içermektedir.
Operatörün kurulum ve yapılandırma adımlarından geçmesine gerek yoktur. Tüm bilgiler zaten çipin içindedir: cihaz tipi, üretici, model numarası, seri numarası, kalibrasyon tarihi, hassasiyet, referans frekansı ve amplifikatör kurulumu. TEDS ayrıca dönüştürücünün kalibrasyon katsayıları ve frekans yanıtına ilişkin bir tablo veya algoritma da saklar.
TEDS sensörüne bağlanan STG modülü. Dewesoft varsayılan olarak tak ve çalıştır teknolojisini, gelişmiş TEDS’i ve önceden tanımlanmış işlevleri gerçekleştirmek için yerleşik bilgi işlem kaynaklarını kullanan ‘akıllı’ sensörleri destekler.
Adalanma testi sırasında akım ve gerilim dalga biçiminin veri görselleştirmesi.
Bağlantı kesme süresini ölçmenin basit bir yolu iki L1 ve L2 imlecini yerleştirmektir. İmleçler arasındaki fark dt Delta T’yi, yani bağlantı kesme süresini verir.
Hat akımlarının bağlantı kesme sürelerinin üç aşamasından, sıfır akım durumunun en uzun süresi, şebeke gücünün enerjisinin kesilmesinin başlangıcından itibaren bağlantı kesme zamanından ölçüm için dikkate alınır – pembe renkli tetik sinyali göstergesi.
İki imleç (L1 ve L2) ile bağlantı kesme süresinin ölçülmesi.
İmleçlerin manuel olarak yerleştirilmesi, olay milisaniyeler içinde gerçekleştiği için genellikle insan hatalarına neden olur. Bu hatalar inverterin genel performansını etkiler ve test ve sertifikasyonda başarısız olabilir.
Bir EUT, kaydedilen her çalışma süresi 2 saniyeden az olduğunda veya yerel yasaların gerekliliklerini karşıladığında adalanma koruması gerekliliklerine uygundur.
IS 16169:2019/ IEC 62116:2014 uyarınca test koşulları.
Notlar:
- İzin verilen maksimum giriş gücünü kullanarak maksimum EUT çıkış gücü koşulu elde edilmelidir. Gerçek çıkış gücü, nominal çıkışı aşabilir.
- Alternatif olarak, %33’ü aşıyorsa izin verilen minimum EUT çıkış seviyesi.
- EUT nominal giriş çalışma aralığına dayanır. Örneğin, aralık X ile Y volt arasındaysa aralığın %90’ı =X + 0,75 * (Y-X). Y, 0,8 * EUT Maksimum sistem voltajını, yani izin verilen Maksimum dizi açık devre voltajını aşmamalıdır. Her durumda, EUT’yi izin verilen giriş voltajı aralığının dışında çalıştırılmamalıdır.
Test sürecini otomatikleştirmek için Dewesoft C++ kullanılır.
Dewesoft C++ Script, Dewesoft’un özel matematik modülleri oluşturma aracıdır. Formülün basitliği ile bir eklentinin gücü arasında bir uzlaşma olarak, komut dosyası karmaşık Dewesoft matematik modülleri yazmanıza olanak tanır. C++ Komut Dosyasını kullanarak, sinyal işleme ve analiz araçlarını içeren Dewesoft Math modülünün bir parçası olarak testin tamamını otomatikleştirildi.
Artık operatörün yalnızca Akım RMS’nin akım, tetikleme ve istatistik kanalları gibi girişleri adalanma test kurulumuna beslemesi gerekiyor. Testi çalıştırırken, akım Sıfıra ulaştığında bağlantı kesme süresi hemen görünür.
DewesoftX’teki tetikleyici kurulumu.
DewesoftX hemen bağlantı kesme süresini görüntüler.
Sonuç
Şebeke kesintisi durumunda inverterlerin şebeke bağlantısını zamanında kesmesi, istenmeyen izole güç adalanmalarının oluşmasını önler. Hızlı bağlantı kesme, bakım personeli için elektriksel tehlike riskini azaltır ve inverterin veya bağlı ekipmanın olası hasarlarına karşı koruma sağlar. İnverterler için adalanma bağlantı kesme süresinin anlaşılması ve optimize edilmesi, daha büyük elektrik şebekesi içinde daha güvenli, daha güvenilir ve uyumlu bir çalışmaya katkıda bulunur.
Ölçüm ortamında zamandan tasarruf etmek de çok önemlidir. Basit bir deyişle, ‘Zaman Paradır’. Dewesoft çözümü, bağlantı kesme süresi ölçümünde zaman tasarrufu sağlarken güvenliği de artırıyor. Sonuçlar, herhangi bir manuel müdahale olmadan yapıldığında daha da doğrudur.
