Nettkoblede versus frakoblede mikronett: Nøkkelforskjeller og utstyrskrav

Mikrogrid har to grunnleggende driftsmodi: nettkoblet og frakoblet. De to modiene skiller seg tydelig fra hverandre når det gjelder styringslogikk, utstyrsvalg og beskyttelsesinnstillinger. Å forstå disse forskjellene er grunnlaget for utstyrsvalg i et prosjekts tidlige fase.

1. Hvordan de to typene mikrogrid fungerer

Ved nettkoblet drift er mikrogridet koblet til det eksterne hovednettet gjennom koblingspunktet (PCC). Det eksterne nettet er ansvarlig for å holde spenning og frekvens stabile. De distribuerte generatorene og energilagrene inne i mikrogridet følger nettet og samarbeider hovedsakelig, i stedet for å støtte det. Det eksterne nettet virker som en svært stor spenningskilde og frekvenskilde, og absorberer svingningene fra mikrogridet.

I driftsdrift er PCC-en koblet fra, og mikronettet blir et lite, uavhengig kraftsystem. Det finnes ingen ekstern kilde å stole på. Energilagringen, solcelleanlegget, dieselmotorer og andre kilder innenfor mikronettet må selv etablere spenning og frekvens, samt kontinuerlig balansere produksjon og belastning. Kontrollmodusen endres fra å følge nettet til aktiv støtte, og vanskelighetsgraden øker betydelig.

Bytte mellom de to driftsmodusene deles inn i planlagt og uforventet bytte. Ved planlagt bytte er det forberedelsestid: intern generering og belastning kan justeres først, og deretter kan mikronettet kobles fra smidig. Uforventet bytte utløses ofte av en nettfeil. Etter at avviket er oppdaget, må kontrolleren raskt koble fra og la energilagringen eller reservestrømkilden ta over, samtidig som noen ikke-kritiske laster koples fra for å unngå overbelastning og sammenbrudd i det lille systemet. Når man bytter tilbake fra frakoblet drift til netttilkoblet drift, må spenning, frekvens og fase synkronisering fullføres først. Ellers vil det oppstå en strømstøt i øyeblikket for lukking, noe som kan skade utstyr.

2. Tekniske utfordringer med frakoblet drift under strømavbrudd

Etter at nettstrømmen svinner bort og systemet går over til frakoblet drift, er den største endringen at systemtregheten forsvinner hovednettet har mange roterende maskiner, som naturligvis gir treghet og kan dempe frekvensendringer forårsaket av plutselige lastendringer. Et frakoblet mikronett er lite, og kraftelektroniske enheter som energilageromformere kan ikke gi samme fysiske treghet. Frekvens og spenning reagerer raskere og med større amplitude på forstyrrelser.

Dette fører til tre spesifikke problemer. Først: rask regulering av frekvens og spenning . I frakoblet drift må energilageromformeren bytte fra nettfølgende til nettformende drift og aktivt etablere spennings- og frekvensreferansen. Dette er mye vanskeligere å styre enn i nettkoblet drift. Andre: smidighet ved uplanlagt overgang . Hvis spenning eller frekvens faller for mye under overgangen, kan følsomme laster kutte ut eller skades. Derfor må overgangsstyringen identifisere tilstanden og endre strategien innen millisekunder. Tredje: endringer i jordingsystemet . Når tilkoblet nettet, ordnes jording av hovednettet. Etter at systemet går utenfor nettet, kan jordingsmetoden endre seg, noe som direkte påvirker feilstrømbanen og riktigheten til beskyttelsesfunksjonene.

3. Forskjellige krav til transformatorer, brytere og beskyttelsessystemer

Transformatorar

I en netttilkoblet arkitektur bestemmes transformatorkapasiteten hovedsakelig av utvekslingskraften mellom mikronettet og nettet, og vektorgruppen og forholdet velges for å tilpasse seg nettspenningen. I en frakoblet arkitektur må transformator også opprettholde stabil spenning ved lav belastning og ved påvirkningsbelastninger, så ekstra krav stilles til spenningsreguleringskapasitet og impedansutforming. Når kortslutningskapasiteten er begrenset, hjelper transformatorimpedansen også med å begrense feilstrømmen. Zhongmengs distribusjonstransformatorer og tørre transformatorer kan justere vektorgrupper og spenningsreguleringskonfigurasjoner i henhold til mikronettets kapasitet og lastegenskaper, og tilpasse seg de ulike prioriteringene i de to arkitekturene.

Skiftingsapparat

Grensen mellom netttilkoblet og frakoblet drift er vanligvis satt ved tilkoplingspunktet (PCC). Bryteren på dette punktet må ha toveis avbrytningskapasitet: den må kutte raskt når nettet svikter, for å hindre at mikronettet leverer strøm tilbake til det feilfungerende nettet, og den må også åpne pålitelig når frakoblet drift er nødvendig. Zhongmengs høy- og lavspenningsbryterutstyr samt prefabrikerte kabinskapsler er formontert og testet på fabrikken. På stedet trenger bare kablene å kobles til, noe som passer mikronettprosjekter som krever rask implementering.

Verneanlegg

Dette er området med størst forskjell mellom de to arkitekturene. Ved netttilkoblet drift leveres feilstrøm hovedsakelig av det sentrale strømnettet, og kortslutningsstrømnivået er relativt høyt. Etter overgang til frakoblet drift leveres kortslutningsstrømmen kun av de distribuerte kildene inne i mikronettet og kan være bare en brøkdel av verdien ved netttilkoblet drift. Hvis beskyttelsesinnstillingene fortsatt er satt for netttilkoblet drift, kan releet mislykkes med å oppdage feil i frakoblet modus og kan dermed ikke utløses. Derfor må beskyttelsessystemet ha adaptiv evne i begge modus, eller i det minste kunne bytte beskyttelsesinnstillingsgrupper når modus endres. Nettkoblingsgrensesnittet krever også toveisbeskyttelse for å dekke feil både på nettets side og på mikronettets side. Zhongmengs beskyttelses- og styringsenheter kan integreres med bryterutstyr og transformatorer i et komplett sett, noe som reduserer koordineringsrisiko mellom utstyr fra ulike leverandører.

4. Spennings-, frekvens- og belastningsvariasjonsproblemer i frakoblede systemer

I frakoblet drift støttes spenning og frekvens ikke lenger av hovednettet. De reguleres i sanntid av de viktigste kontrollkildene, for eksempel energilagringsomformere eller dieselmotorer. Det vanlige driftsmålet er å holde frekvensen nær 50 Hz og spenningsavviket innenfor et område som er akseptabelt for belastningene. I praksis fører imidlertid endringer i PV-produksjonen samt start og stopp av store belastninger begge til forstyrrelser.

Lastvariasjon er den mest direkte testen for et frakoblede system. Når en relativt stor motor starter, kan den øyeblikkelig trekke ned systemspenningen. Når PV-produksjonen faller plutselig på grunn av skydekke, kan frekvensen stige. Kontrollen for frakoblede systemer må forbli stabil under slike kontinuerlige forstyrrelser. Samtidig må batterilagringskapasiteten raskt laste opp og utlade effekt for å dempe svingninger, og ved behov kuttet bort noen ikke-kritiske laster etter prioritet. Standarder krever allerede at overgangstiden fra frakoblet til netttilkoblet drift ikke overstiger 10 ms, men dette stiller svært høye krav til konsistensen i responstiden til kontrollere og brytere.

5. Elektriske parametre som må bekreftes i prosjektets tidlige fase

Jo tydeligere parametrene er i den tidlige fasen, jo mindre omgjøringsarbeid vil det bli ved utstyrsvalg og innstilling av beskyttelse. Følgende parametre bør bekreftes først:

Kortslutningsstrømnivå. Maksimal og minimal kortslutningsstrøm må bestemmes separat for netttilkoblet og frakoblet drift. I netttilkoblet modus leveres de av nettet og distribuerte kilder sammen. I frakoblet modus leveres de kun av distribuerte kilder. De to verdiene kan variere med flere ganger. Dette er den direkte grunnlaget for valg av bryterkapasitet og innstilling av beskyttelsesverdier.

Jordingsmetode. Jordingsmetodene på nett- og mikronettsiden må koordineres. Nøytraljordingen bestemmer størrelsen og veien til feilstrømmen ved en enkeltfase-jordfeil og påvirker også valget av transformatorvektorgruppe. Etter frakoblet drift kan jordingsforholdene endres, så jordingsoppsettet før og etter overgangen må defineres i designfasen.

Transformatorparametre. Dette inkluderer nominell kapasitet, spenningsforhold, vektorgruppe, impedansspenning og spenningsreguleringsmetode. Kapasiteten kan velges basert på maksimal kontinuerlig utvekslingskraft mellom mikronettet og det eksterne nettet, og evnen til å starte belastninger med høy innledende effekt i frakoblet drift må også sjekkes.

Harmoniske egenskaper. Det bør være kjent på forhånd harmonisk spekter, rekkefølge og innhold for invertere og ikke-lineære laster. Harmoniske svingninger påvirker kraftkvaliteten og kan også føre til ekstra oppvarming av transformatorer og resonans i kondensatorer. Ved valg bør den tilsvarende harmoniske motstandsdyktigheten eller tiltak for redusert harmonisk påvirkning tilpasses.

Tillatte frekvens- og spenningsområder. Driftsgrensene både i netttilkoblet og frakoblet tilstand, samt tillatte transiente avvik under overgang, bør defineres. Disse indikatorene avgjør direkte konverterens styringsstrategi og beskyttelsesinnstillinger.

Lastklassifisering og maksimal belastning med høy innledende effekt. Et frakoblede system har begrenset kapasitet. Det er nødvendig å skille mellom kritiske og ikke-kritiske laster, og man må bekrefte startmetoden og startstrømmen til den største enkeltmotoren. Dette avgjør overlastkapasiteten som energilagringsomformeren må ha, samt terskelen for lastreduksjonsstrategien i frakoblede systemer.

Zhongmengs produktintegreringspunkter: De ovennevnte parametre må til slutt implementeres i spesifikke utstyr. Distribusjonstransformatorer håndterer spenningskonvertering og impedansmatching. Brytere håndterer åpning/lukking av punktet for tilkobling til nettet (PCC) og kretsbeskyttelse. Tilpasset strømforsyningsteknologi integrerer transformatorer, brytere, beskyttelse og kontroll samt overvåking i prefabrikerte kabiner eller plattformmonterte transformatorstasjoner, noe som reduserer koordineringsfeil under montering på stedet. Hvis kortslutningsstrøm, jordingsmetode, harmoniske og lastegenskaper bekreftes i tidlig fase av prosjektet, kan fullstendig utstyr tilpasses de faktiske driftsforholdene i stedet for å gjøre passivt kompromiss med standardprodukter.

6. Anvendingsområder

7. Ofte stilte spørsmål

Spørsmål: Hva er hovedforskjellen mellom mikronett med og uten tilkobling til strømnettet?

Svar: Hovedforskjellen ligger i styringslogikken. I modus med tilkobling til strømnettet gir det eksterne hovednettet spennings- og frekvensreferansen, og mikronettet følger nettet. I modus uten tilkobling til strømnettet må mikronettet etablere egen spenning og frekvens gjennom intern energilagring og generatorer, noe som gjør styringen betydelig mer kompleks.

Spørsmål: Hvorfor er beskyttelsessystemet forskjellig mellom de to arkitekturene?

A: Nivåene for kortslutningsstrøm varierer kraftig. I netttilkoblet modus leverer hovednettet en høy feilstrøm. I frakoblet modus leverer bare distribuerte kilder feilstrøm, som kan utgjøre bare en brøkdel av verdien i netttilkoblet modus. Beskyttelsesinnstillinger som er utformet for netttilkoblede forhold, kan ikke oppdage feil i frakoblet modus, så tilpasset beskyttelse eller byttbare innstillingsgrupper er nødvendige.

Q: Hva er den nødvendige overgangstiden ved overgang fra frakoblet til netttilkoblet drift?

A: Industristandarder krever at overgangstiden fra frakoblet til netttilkoblet drift ikke overstiger 10 ms. Dette stiller svært høye krav til responsfarten til kontrollere og brytere, og det kreves nøyaktig synkronisering av spenning, frekvens og fase før gjenoppkobling.

Q: Hva er transformatorers rolle i et mikronett?

A: Transformatorer håndterer spenningsomforming og impedansanpassing mellom mikronettet og det eksterne nettet. I frakoblet drift må de også opprettholde spenningsstabilitet ved lav belastning og ved påvirkningsbelastning. Transformatorimpedansen kan dessuten hjelpe til å begrense feilstrøm når kortslutningskapasiteten er begrenset.

S: Hvilke elektriske parametre bør bekreftes i tidlig fase av et mikronettprosjekt?

A: De viktigste parameterne inkluderer: kortslutningsstrømnivåer for begge driftsmodi, jordingsmetode, transformatorparametre (kapasitet, spenningsforhold, vektorgruppe, impedans), harmoniske egenskaper, tillatte frekvens- og spenningsområder samt lastklassifisering med maksimal påvirkningsbelastning. Å bekrefte disse tidlig reduserer omgjøringsarbeid ved utstyrsvalg og innstilling av beskyttelsessystemer.