Invertory typu Grid-Forming vs. invertory typu Grid-Following

V off-grid napájecím systému není volba mezi invertorem tvůrce sítě a invertorem následující síť otázkou pouhého rozdílu o několik procent účinnosti. Je to rozdíl mezi systémem, který dokáže vytvořit napětí, a systémem, který se vůbec nedokáže spustit. Rozdíl spočívá v jediném řídícím principu: zdroj proudu versus zdroj napětí.

Zdroj proudu versus zdroj napětí

Invertor sledující síť se chová jako řízený zdroj proudu. K měření fáze stávajícího střídavého napětí používá smyčku se synchronizací fáze (PLL) a proud injektuje synchronně s tímto referenčním signálem. Jeho funkce zcela závisí na externím referenčním napětí a frekvenci. V off-grid prostředí, kde takový referenční signál neexistuje, invertor sledující síť nemá co sledovat.

Invertor tvůrce sítě naopak pracuje jako zdroj napětí. Vytváří vlastní interní fázor napětí s místně nastavenou velikostí a frekvencí, ke kterému se ostatní zdroje a zátěže synchronizují. V tomto smyslu se jeho chování podobá chování synchronního generátoru: nepočká, až síť vznikne, ale vytvoří podmínky pro její vznik.

Proč off-grid systémy vyžadují řízení typu grid-forming

V mikro­síti nebo izolovaném systému není žádná veřejná síť, která by poskytovala referenční napětí a frekvenci. Pokud se systém pro převod výkonu (PCS) provozuje v režimu sledování sítě, žádné zařízení v systému není zodpovědné za vytvoření této referenční úrovně. Mikro­síť se tedy nemůže uvést do provozu. Toto není jen okrajové omezení výkonu; je to funkční předpoklad.

Stejný princip platí i při připojení výkonných motorových zátěží. Asynchronní motory při startu odebírají vysoký náběhový proud, který může rušit řídicí smyčky invertoru v izolované mikro­síti. Invertor tvorbou sítě musí umožnit krátkodobý pokles napětí v rámci limitů průjezdu podle normy IEEE Std. 1547, přičemž musí zachovat regulaci napětí a zabránit vypnutí.

Invertory sledující síť nemají tuto schopnost v off-grid prostředí, protože nejsou zařízeními, která napětí vůbec vytvářejí. V mikrosítích, ostrovních průmyslových zařízeních a vzdálených těžebních nebo zpracovatelských provozech je proto schopnost tvorby sítě základním požadavkem, nikoli volitelným rozšířením.

Na co se zaměřit při výběru PCS s funkcí tvorby sítě

Základní schopnosti zahrnují černý start (vytvoření napětí z deenergizovaného stavu), reakci na setrvačnost v milisekundovém časovém měřítku, příspěvek zkratového proudu pro přežití přechodných jevů při rozběhu motorů a hladký přechod mezi režimem připojeným ke síti a ostrovním režimem.

Praktickým příkladem je síťotvorná jednotka PCS integrovaná se zvyšujícím transformátorem, jako jsou ty, které nabízí společnost Zhongmeng (Jiangsu Zhongmeng Electrical). U této síťotvorné jednotky PCS je uvedena doba odezvy 10 ms nebo kratší a stabilní provoz při poměru zkratového proudu (SCR) pod 1,1 – rozsah, který obvykle konvenční síť sledující zařízení nepodporují.

Jednotka dále zahrnuje reakci na setrvačnost, tlumení, paralelní provoz více jednotek, černý start a odolnost vůči skokům fázového úhlu, s účinností přeměny rovnou nebo vyšší než 98,5 %. Tyto specifikace nejsou pouze marketingovými údaji, ale mají přímou souvislost s výše popsanými podmínkami provozu mimo síť.

Stručný kontrolní seznam výběru

Než se určí jednotka PCS pro projekt mimo síť, stojí za to položit si čtyři otázky.

1. Je projekt skutečně provozován izolovaně? Pokud ano, je síťotvorné řízení nezbytnou podmínkou.

2. Je jednotka PCS schopna provést černý start a vytvořit napětí na prázdné sběrnici?

3. Jaká je doba odezvy na setrvačnost a je udávána v milisekundách místo v sekundách?

4. Je zařízení schopno přečkat nárazový proud motorových zátěží bez vybavení?

Pokud je kterákoli z těchto odpovědí nejasná, řídicí režim nebyl dostatečně ověřen.

Použití v různých scénářích

Invertor s funkcí tvorby sítě není „lepším“ invertorem sledujícím síť. Je to zařízení jiné kategorie, vhodné pro jiné podmínky sítě. V ostrovních systémech je výběr správné architektury řízení důležitější než porovnávání výkonových parametrů.

Často kladené otázky

Otázka: Jaký je hlavní rozdíl mezi invertory s funkcí tvorby sítě a invertory sledujícími síť?

Odpověď: Invertor s funkcí tvorby sítě funguje jako zdroj napětí, který si vytvoří vlastní referenční signál; invertor sledující síť funguje jako zdroj proudu, který potřebuje již existující napětí, aby ho mohl sledovat.

Otázka: Může invertor sledující síť pracovat v ostrovním systému?

Odpověď: Ne. Bez vnějšího referenčního napětí nemá invertor sledující síť žádný signál, se kterým by se mohl synchronizovat, a proto se nedá spustit.

Otázka: Co je schopnost black start?

Odpověď: Schopnost napájet vypnutou sběrnici a vytvořit napětí bez jakéhokoli vnějšího zdroje energie.

Otázka: Proč je doba odezvy důležitá pro off-grid PCS?

Odpověď: Rychlá odezva (10 ms nebo méně) zajišťuje stabilitu napětí při náhlých změnách zátěže a při rozběhu motorů v izolovaných systémech.

Otázka: Co znamená SCR pod 1,1 pro PCS?

Odpověď: Indikuje, že PCS dokáže udržet stabilní provoz za podmínek slabé sítě, kdy je poměr zkratového proudu velmi nízký. schopnost provozu za slabých podmínek sítě, kdy je poměr zkratového proudu velmi nízký.