Робота у мережевому інверторі під час блекауту

Острівний ефект у сонячній станції

Острів утворюється тоді, коли на фідері спрацював захист і підстанційний вимикач розімкнувся, а ділянка лінії лишилася під напругою, бо генерація на ній випадково збіглася з навантаженням і дефіциту потужності на цьому шматку мережі не виникло. Скільки віддали, стільки й спожили. Інвертор бачить напругу, віддає в неї струм, і петля живить сама себе доти, доки її хтось не розірве.

Саме цю петлю розриває anti-islanding захист. Функція стоїть у кожному сертифікованому мережевому інверторі за замовчуванням, тому власник її не вмикає і часто про неї взагалі не здогадується, аж поки не настане перше довге відключення і станція не замовкне посеред сонячного дня.

Звідси й береться непорозуміння. Панелі гріються, лічильник стоїть, значить, щось зламалося. Насправді інвертор зупиняє видачу потужності, бо так вимагає документ, за яким його пустили в мережу.

Український нормативний словник розводить два різні острови. «Ізольований (острівний) режим» описує незалежну роботу мережі оператора системи розподілу або її частини, яка відʼєдналася від обʼєднаної енергосистеми і має принаймні одну генеруючу одиницю, що видає в неї потужність. Поряд стоїть «організований енергетичний острів», який виокремлюють навмисно, засобами автоматики чи оперативними перемиканнями. Захист гасить перший варіант, бо той утворився сам собою.

Як інвертор виявляє зникнення мережі

Нормативна стеля за IEEE 1547-2018 становить дві секунди, а реальні виміри дають частки секунди. На стенді Sandia National Laboratories за розбалансу реактивної потужності ±5% інвертори відключалися в середньому за 60 мс, у діапазоні 50–65 мс. За збалансованого навантаження середній час зростав приблизно вдвічі, до 110 мс, а в одному тесті зафіксували 175 мс.

Пасивні методи

Інвертор весь час тримає під контролем напругу і частоту, звіряючи їх із заданими порогами. Кожен параметр має верхню і нижню межу, у кожної межі своя витримка. Спрацювання цих порогів виробник перевіряє на кожному апараті ще на конвеєрі.

Коли генерація і навантаження в острові не збігаються, напруга й частота вилітають за допустимий діапазон майже миттєво, і пасивний захист спрацьовує раніше за активний. Мережа при цьому не отримує від інвертора жодного збурення.

Конкретні уставки в герцах і вольтах для української мережі я у відкритому доступі не знайшла. ДСТУ EN 50549-1:2022 продають, повного тексту в мережі немає. А числа, які легко гуглити, належать американському профілю для мережі 60 Гц, тому на наші 50 Гц їх переносити не можна.

Активні методи

Найзрозуміліше механізм описує Victron. Інвертор постійно намагається зсунути частоту змінного струму, і поки він тримається за стабільну мережу з нормальним імпедансом, зсунути її не виходить. Ця невдача і доводить, що мережа на місці. Щойно мережа зникає, частота починає їхати вільно, без зустрічних струмів корекції, і апарат розмикає реле зворотного живлення.

Solectria свою реалізацію називає Slip Mode Frequency Shift. Метод змінює реактивну потужність інвертора, щоб розхитати частоту в острові й пришвидшити його розпад.

Оглядова стаття в International Journal of Thermofluids за 2023 рік зводить методи виявлення в один перелік: зсув частоти, зсув напруги, швидкість зміни частоти (RoCoF), стрибок фази і ще група методів, що стежать за активною та реактивною потужністю.

Сліпа зона детекції

Найважчий випадок настає тоді, коли місцеве навантаження забирає майже рівно стільки активної та реактивної потужності, скільки її дає станція. Напруга й частота тоді довго тримаються в робочому діапазоні, острів виглядає як звичайна мережа, і пасивний контроль його не бачить. Так утворюється зона невиявлення (NDZ).

Активний метод її закриває, але не сам по собі. Для методу Sandia frequency shift ширину зони невиявлення задають самі налаштування, а невдало підібрані значення здатні звести спрацювання нанівець.

Ще одну річ інвертор мусить уміти. Відрізняти коротку просадку мережі, яку треба пересидіти, від її зникнення.

Захист рятує ремонтну бригаду на лінії

Електрик виїхав на аварію, зняв напругу з будинку і взявся за проводку. Якщо в тому будинку стоїть мережева станція, у якої детекція втрати мережі несправна або обійдена, лінія під його руками лишається живою. Victron пояснює призначення функції рівно цим побутовим сюжетом і додає, що залишити реле зворотного живлення замкненим просто небезпечно.

IEEE 1547-2018 у пункті 8.1.1 вимагає виявити ненавмисний острів, припинити живлення мережі й відключитися протягом двох секунд від моменту його утворення. Виміри Sandia показують час відключення 55–175 мс, тобто стеля норми і реальна поведінка апаратів розходяться на порядок.

Підтверджених випадків, коли приватна станція в Україні вдарила монтера, я в джерелах не знайшла. Раджу не читати це як доказ безпечності. Кодекс систем розподілу вимагає унеможливити подачу напруги в мережу тоді, коли напруги в ній немає, і поки цю умову не виконано, оператор станцію в мережу не пустить.

Норми IEEE 1547 і європейські аналоги

Український аналог існує, і це не IEEE. У 2022 році національними стандартами стали два європейські документи, які прямо покривають виявлення острівного режиму.

IEEE в Україні не впроваджували, це американська норма, і посилатися на неї у нас можна хіба як на первинне джерело самої вимоги. Назву ДСТУ EN 62116:2022 у реєстрі переклали як «запобігання відключенню», хоча оригінал говорить про запобігання острівному режиму, тому на слові «відключення» в цій назві висновків краще не будувати.

Тестування спрацювання виглядає буденно. Функцію вимикають, створюють острів, вмикають назад і дивляться, чи здатна вона зруйнувати острів за дві секунди. Окремо оператор мережі під час приймального випробування знеструмлює весь обʼєкт, а потім розмикає одну фазу з трьох.

Відповідність шукають у паспорті апарата. У специфікації Deye SUN-5/12K-SG04LP3-EU в розділі Protection стоїть рядок Anti-islanding Protection зі значенням Integrated, а в розділі Grid Regulation перелічено IEC 61727, IEC 62116, EN 50549, VDE-AR-N 4105 і ще кілька національних кодів.

Що працює під час блекауту

Держенергонагляд описує режим відключень доволі точно. Одноразове відключення за графіком погодинних відключень (ГПВ) під час воєнного стану не може перевищувати 6 годин з відхиленням до однієї години, після чого має бути щонайменше 2 години зі світлом, а час перемикання сягає 30 хвилин. Графік аварійних відключень (ГАВ) зазвичай тримається до 2 годин.

Мережевий інвертор

Панелі під сонцем, розетки мертві. Мережевий інвертор шукає джерело напруги і без мережі як опори видавати потужність не починає.

Fronius пише про це в українському мануалі прямо:

Той самий виробник називає режим не острівним, а автономним, і цю розбіжність термінів варто тримати в голові, читаючи документацію.

На форумах власники доходять до крайнощів. Лізуть на дах, відʼєднують кілька панелей від мікроінверторів і кидають їх окремим кабелем на контролер заряду з невеликим автономним інвертором.

Гібрид із батареєю

Huawei у документації на Backup Box описує логіку без прикрас. Пристрій вирішує, у якому режимі стоїть інвертор, і коли мережа падає, інвертор іде в автономний стан та живить резервні навантаження, а після повернення мережі перемикається назад.

Обіцянку безперебійності та сама інструкція одразу й обрізає. Навантаження з електродвигуном виробник в автономному режимі не підтримує, бо пусковий струм у кілька разів перевищує номінал і здатен перевищити можливості апарата. До таких навантажень якраз і належать свердловинний насос і котел із циркуляційним насосом. Резервна група не має тягнути більше, ніж інвертор віддає в автономному режимі, а в трифазному трипровідному виконанні автономна робота недоступна взагалі.

Перемикання відбувається швидко, але не миттєво. Конкретного значення часу переходу в жодному з технічних описів я не знайшла, тож техніка, чутлива до найкоротшої перерви живлення, може й перезавантажитися. Від мережі гібрид відключається так само, як мережевий апарат, і саме тому anti-islanding в гібридному інверторі не заважає резервній групі жити далі за точкою розділення.

Автономна система

Тут усе просто. Станція живе окремо від мережі, нічого в неї не віддає, і anti-islanding її не стосується.

Мережева схема простіша і дешевша, бо в ній немає ні батареї, ні перемикача. Гібридна дає світло тоді, коли його немає в сусідів. Вибір між ними тримається на тому, скільки годин на добу у вас темно.

Три елементи резервного живлення

Щоб під час відключення в будинку лишалося світло, до панелей додають три речі. Це шлях для тих, хто робить резерв на наявній станції, а не окремим контуром.

Гібридний інвертор

Апарат мусить мати окремий резервний вихід. У схемі й налаштуваннях Deye це видно як дві різні групи, Backup Load і On-Grid Home Load, тобто резерв тут не програмний пріоритет, а фізично інша точка підключення.

Потужність рахують під критичну групу, не під весь будинок. Сумісність із уже змонтованим масивом панелей перевіряють до покупки, бо гібрид зазвичай ставлять до наявної станції, а не навпаки.

Накопичувач енергії

Ємність добирають під вікно відключення, і 6 годин ГПВ дають зрозумілий орієнтир замість абстрактної «доби автономії». Корисна ємність завжди виходить меншою за паспортну, бо повністю в нуль банк не садять.

Уночі резерв тримає тільки батарея. Сонця немає, генерації немає, і холодильник з освітленням та інтернетом живуть рівно стільки, скільки закладено в накопичувач.

Автоматичний перемикач

Перемикач ізолює будинкову мережу від загальної. Huawei у тій самій інструкції прямо забороняє підключати порт резервного навантаження напряму до мережі, і причина зрозуміла з попередніх розділів.

Без цієї точки розділення гібрид не рятує, а створює нову проблему, бо будинок починає віддавати напругу назад у знеструмлену лінію. Саме цього й вимагає не допустити п. 4.12.2 Кодексу систем розподілу. SolarEdge у своєму інтерфейсі резервування дає обрати, які саме навантаження резервувати і в якому порядку, тож перелік критичної групи складають ще до монтажу. Схему узгоджують з оператором системи розподілу.

Коли зупинка генерації не поломка

Штатне спрацювання захисту

Ознака штатної роботи одна. У мережі немає напруги, і станція стоїть.

Після відновлення інвертор не кидається в роботу тієї ж секунди. У профілі IEEE 1547-2018, що діє в Новій Англії, установка не має вертатися, доки напруга й частота не протримаються здоровими 5 хвилин, а далі нарощує активну потужність лінійно, з типовою тривалістю набору 300 с і кроками не більше 20% номіналу. Для України конкретної витримки я не знайшла, але логіка та сама. Інвертор чекає, поки мережа постоїть стабільно.

Обходити захист не варто, і це не моралізаторство. Fronius для коду стану 581 пише, що після активації конфігурації для спеціалізованих мереж апарат перестає відповідати вимогам IEEE 1547 і IEEE 1547.1, бо функцію автономної роботи деактивовано, граничні значення частоти й напруги змінено, а функцію зниження потужності залежно від частоти активовано. Кодекс систем розподілу вимагає налаштувань у межах державних стандартів, тож таке втручання виводить станцію за умови приєднання.

Раджу зробити так. Перш ніж дзвонити в сервіс, погляньте, чи є світло в сусідів, бо найчастіше виявляється, що черга ГПВ накрила всю вулицю, а інвертор відпрацював рівно те, за що його сертифікували.

Ознаки реальної несправності

А тепер про справжні поломки. Сервісне обслуговування потрібне тоді, коли поведінка апарата не вкладається у штатну картину і станом мережі не пояснюється.

Хибні спрацювання бувають, і виробники цього не приховують. У частині конфігурацій, як визнає Victron, його ж вбудована детекція втрати мережі починає заважати, а апарат читає ситуацію як перевантаження. Розбирається з цим сервіс. Власник у налаштування захисту не лізе.

Вибір обладнання під довгі відключення

Мережева і гібридна схеми розходяться рівно в одній точці. Що станеться, коли мережа зникне.

Гібридний інвертор під тривалі відключення добирають за переліком навантажень у backup-режимі, а вже потім дивляться на потужність панелей. Під пусковий струм рахують запас резервного виходу, бо саме він вибиває резерв, а не середнє добове споживання. Ємність накопичувача рахують під вікно відключення, і шестигодинний ГПВ дає точку відліку, від якої вже можна торгуватися з бюджетом. Сумісність із наявним масивом перевіряють до покупки, бо переробляти стрінги виходить дорожче, ніж від початку взяти інший апарат. Захист інвертора при зникненні мережі працює в такій станції штатно, а світло в будинку тримає вже резервний вихід.

Іноді дешевше не міняти нічого. Мережева станція лишається як є, а резерв збирають окремим контуром під критичну групу, і тоді захист від острівного режиму нікому не заважає.