Verkkoa muodostavat vs. verkkoseuraavat invertterit

Off-grid -voimajärjestelmässä verkko-muodostavan ja verkko-seuraavan invertterin valinta ei ole kysymys muutamasta prosentista tehokkuuserosta. Se on ero järjestelmän ja välillä, joka kykenee luomaan jännitteen, ja järjestelmän välillä, joka ei lainkaan pysty käynnistymään. Erotus perustuu ainoastaan yhteen ohjausperiaatteeseen: virtalähde versus jännitelähde.

Virtalähde vs. jännitelähde

Verkkojäljittävä invertteri toimii ohjattavana virtalähteenä. Se käyttää vaihesuljetun silmukan mittamaan olemassa olevan vaihtojännitteen vaihetta ja syöttää virtaa synkronoidusti kyseisen viitejännitteen kanssa. Sen toiminta perustuu kokonaan ulkoiseen jännite- ja taajuusviitteeseen. Verkosta irrallisessa ympäristössä, jossa tällaista viitettä ei ole olemassa, verkkojäljittävällä invertterillä ei ole mitään, mihin se voisi jäljittää toimintaansa.

Verkkomuodostava invertteri puolestaan toimii jännitelähteenä. Se muodostaa oman sisäisen jännitefaasorinsa paikallisesti asetetulla suuruudella ja taajuudella, ja muut lähteet sekä kuormat synkronoituvat kyseisen viitteen kanssa. Tässä mielessä sen toiminta muistuttaa synkronigeneraattoria: se ei odota verkon olemassaoloa, vaan se luo edellytykset verkolle.

Miksi verkosta irrallisissa järjestelmissä tarvitaan verkkomuodostavaa säätöä

Mikroverkossa tai saariverkossa ei ole hyötyverkkoa, joka tarjoaisi jännitteen ja taajuuden perustason. Jos tehomuuntimen (PCS) toimintatila on verkkoseuraava, mikään laite järjestelmässä ei vastaa perustason määrittämisestä. Mikroverkko ei voi ottaa virtaa. Tämä ei ole marginaalinen suorituskyvyn rajoitus; se on toiminnallinen edellytys.

Sama periaate pätee, kun kytketään tehokkaita moottorikuormia. Käämiä käyttävät moottorit ottavat käynnistyksessä suuren käynnistysvirran, ja tämä virta voi häiritä invertterin ohjaussilmukoita saariverkossa. Verkkomuodostava invertteri on kyettävä sietämään hetkellistä jännitteen laskua IEEE Std. 1547 -standardin mukaisissa kestovirtausrajoissa säilyttäen samalla jännitteen säädön ja välttäen katkosilmoituksen.

Verkkojäljittävät invertterit eivät omaa tätä ominaisuutta eristetyssä verkossa, koska ne eivät ole laitteita, jotka ensisijaisesti luovat jännitteen. Siksi mikroverkoissa, saarekkeisilla teollisuusalueilla ja kaukana sijaitsevissa kaivostoimintoissa tai prosessointitoiminnoissa verkko-muodostava kyky on perusvaatimus, ei vaihtoehtoinen päivitys.

Mitä etsiä verkko-muodostavasta PCS:stä

Oleellisia ominaisuuksia ovat mustan käynnistyksen mahdollisuus (jännitteen luominen virratonta tilaa), hitausvaste millisekunnin aikatasolla, oikosulkuvirran tuottaminen moottorin käynnistysvaihteluiden kestämiseksi sekä sujuva siirtyminen verkkoon kytketystä tilasta eristettyyn tilaan.

Käytännön esimerkki on verkkoformaava PCS, joka on integroitu nostomuuntajaan, kuten Zhongmengin (Jiangsu Zhongmeng Electrical) tarjoamat mallit. Sen verkkoformaavan PCS:n tehostusyksikkö määrittelee vastaustaikaa 10 ms tai vähemmän ja vakaiden toimintaehtojen säilymistä oikosulkusuhde-alueella (SCR) alle 1,1, mikä on alue, jota perinteinen verkkojäljittävä laitteisto yleensä ei tue.

Yksikkö sisältää myös hitausvastauksen, vaimennussäädön, usean yksikön rinnakkaiskäytön, mustan käynnistyksen ja vaihekulman hyppäyksen sietokyvyn, ja sen muuntotehokkuus on vähintään 98,5 %. Nämä tekniset tiedot ovat merkityksellisiä ei markkinointilukujen vuoksi, vaan koska ne vastaavat suoraan edellä kuvattuja eristettyjä verkko-olosuhteita.

Lyhyt valintatarkistuslista

Ennen kuin määritellään PCS eristetylle hankkeelle, kannattaa pohtia neljää kysymystä.

1. Liittyykö hanke todella saaritoimintaan? Jos näin on, verkkoformaava säätö on edellytys.

2. Voiko PCS suorittaa mustan käynnistyksen ja luoda jännitteen tyhjälle väylälle?

3. Mikä on hitausvasteen viiveaika, ja ilmoitetaanko se millisekunneissa eikä sekunneissa?

4. Käykö laite läpi moottorikuormien käynnistysvirran kytkemättä pois päältä?

Jos jokin näistä vastauksista on epäselvä, ohjaustilaa ei ole riittävästi varmennettu.

Sovellustilanteet

Verkkoformaava invertteri ei ole "parempi" verkkojäljittävä invertteri. Se on eri laiteryhmä, joka soveltuu eri verkkoehtoihin. Verkosta irrotetuissa järjestelmissä oikean ohjausarkkitehtuurin valinta on tärkeämpää kuin tehomäärien vertailu.

UKK

K: Mikä on pääero verkkoformaavien ja verkkojäljittävien invertterien välillä?

V: Verkkoformaava toimii jännitelähteenä, joka luo oman viitejännitteensä; verkkojäljittävä toimii virralähteenä, joka tarvitsee olemassa olevan jännitteen seurattavakseen.

K: Voiko verkkojäljittävä invertteri toimia verkosta irrotetussa järjestelmässä?

V: Ei. Ilman ulkoista jänniteviitettä verkkojäljittävä invertteri ei saa synkronointisignaalia ja ei voi käynnistyä.

K: Mitä tarkoittaa mustan käynnistyskyvyn (black start) ominaisuus?

V: Kyky energisoida virraton väylä ja luoda jännite ilman mitään ulkoista virtalähdettä.

K: Miksi vastausaika on tärkeä verkkoon kytkemättömille PCS-järjestelmille?

V: Nopea vastaus (10 ms tai vähemmän) varmistaa jännitteen vakauden äkillisten kuorman muutosten ja moottorien käynnistymisen aikana eristetyissä järjestelmissä.

K: Mitä SCR-arvo alle 1,1 tarkoittaa PCS-järjestelmälle?

V: Se tarkoittaa, että PCS voi säilyttää vakaa n toiminnan heikossa verkossa, jossa oikosulkusuhde on erinomainen alhainen.