Problem wysokiego napięcia w sieci – przyczyny i rozwiązania

problem-wysokiego-napiecia-1

Problem wysokiego napięcia w sieci – przyczyny i rozwiązania

Jednym z najbardziej dotkliwych problemów, z którymi zmagają się posiadacze instalacji fotowoltaicznych w Polsce to problem wysokiego napięcia w sieci przesyłowej operatora. W tym artykule znajdziesz odpowiedzi na najistotniejsze pytania związane z problemem nadmiernego napięcia:
  • Skąd się bierze problem wysokiego napięcia w sieci przesyłowej?
  • Dlaczego problem wysokiego napięcia pojawia się po przekroczeniu 253V?
  • Mój falownik się wyłącza – co zrobić?
  • Jak problem wysokiego napięcia objawia się w instalacjach fotowoltaicznych z falownikami Huawei?
  • Rozwiązania problemu wysokiego napięcia w instalacjach fotowoltaicznych z falownikami Huawei

Skąd się bierze problem wysokiego napięcia w sieci przesyłowej?

Lawinowy wzrost liczby instalacji fotowoltaicznych w ostatnich latach obnażył niedoskonałości systemu przesyłania energii elektrycznej w Polsce. Na przestrzeni zaledwie kilku lat pojawiły się nie spotykane wcześniej problemy. Najbardziej dotykającym prosumentów jest temat zbyt wysokiego napięcia w sieci operatorów.

Wzrost napięcia obserwowany jest wszędzie tam, gdzie zwiększa się ilość instalacji fotowoltaicznych. Wysyłają one nadwyżkę produkcji do sieci operatora. Aby było to możliwe, napięcie wysyłanego prądu musi być wyższe niż napięcie w docelowej sieci elektroenergetycznej. Problem w oczywisty sposób narasta w miejscach, gdzie instalacji jest stosunkowo więcej. Poszczególne falowniki niejako „konkurują” ze sobą podczas wysyłania energii, wzajemnie podnosząc napięcie w sieci.

Konsekwencją tej „walki” jest wzrost napięcia w sieci przesyłowej operatorów, który z czasem skutkuje przekroczeniem limitów określonych przez obowiązujące normy. Zgodnie z obowiązującymi w Polsce normami, prawidłowo skonfigurowany falownik zareaguje po przekroczeniu limitu napięcia wynoszącego 253V. Efektem będzie obniżenie mocy pracy lub zaprzestanie eksportu energii.

Dlaczego problem wysokiego napięcia pojawia się po przekroczeniu 253V?

Limit 253V wynika wprost z matematyki. Zgodnie z obowiązującą w Polsce normą PN-IEC 60038, bezpieczna tolerancja napięcia wynosi 10%. Ta sama norma definiuje nominalne napięcie w naszym kraju na poziomie 230V. Graniczna wartość 253V to właśnie napięcie nominalne powiększone o 10-procentowy zakres tolerancji: 230V + 23V = 253V.

Mój falownik się wyłącza – co zrobić?

Przede wszystkim zweryfikuj, czy obniżenie mocy lub wyłączanie się falownika jest spowodowane zbyt wysokim napięciem. W tym celu należy monitorować wskazania napięcia na każdej z posiadanych faz – w przypadku falowników Huawei SUN2000 wartości te są widoczne w aplikacji oraz w portalu FusionSolar. Falowniki innych marek należy monitorować analogicznie w dedykowanej aplikacji lub na wyświetlaczu, jeśli falownik go posiada.

Po potwierdzeniu, że przyczyną wyłączania się falownika jest zbyt wysokie napięcie w sieci przesyłowej operatora, pierwszym krokiem jest zgłoszenie tego faktu do Operatora Sieci Dystrybucyjnej. Operatorzy mają nie tylko wgląd w istotne parametry własnej sieci przesyłowej – mogą także nimi sterować. Zgłoszenie takie powinno zawierać zrzuty ekranu z aplikacji monitorującej, ilustrujące wartości napięcia na każdej z faz.

W odpowiedzi na zgłoszenie, Operator Sieci Dystrybucyjnej ma możliwość obniżenia napięcia sterując konfiguracją lokalnej stacji transformatorowej (tzw. trafo). Takie działanie powinno rozwiązać problem, jednak nie ma gwarancji że będzie ono permanentne. Kolejne instalacje fotowoltaiczne pojawiające się w obrębie przyłączenia do tej samej stacji transformatorowej mogą bowiem nadal podbijać napięcie.

Użytkownicy inwerterów Huawei SUN2000 mogą także wykonać szereg czynności, które wykorzystają funkcje posiadanego falownika w celu kontroli wysokości napięcia.

Jak problem wysokiego napięcia objawia się w instalacjach z falownikami Huawei?

W przypadku pojawienia się zbyt wysokiego napięcia w sieci operatora, falowniki Huawei SUN2000 poinformują o tym zmianą stanu wskaźników LED. W takim przypadku należy zwrócić uwagę na wskazania diody LED2. Jest to środkowa dioda na falowniku, odpowiedzialna za komunikowanie stanu instalacji po stronie AC (prąd zmienny). Dioda LED2 zacznie migać na czerwono w krótkich odstępach czasu (ok. 0.2 sekundy).

Taki alarm środowiska AC pojawi się w przypadku wykrycia następujących nieprawidłowości występujących po stronie AC instalacji:

  • Napięcie w sieci AC jest zbyt niskie
  • Napięcie w sieci AC jest zbyt wysokie (omawiany przypadek)
  • Częstotliwość w sieci AC jest zbyt niska
  • Częstotliwość w sieci AC jest zbyt wysoka

Warto wiedzieć, że alarm środowiska AC może wystąpić w dwóch przypadkach:

1. W sieci elektroenergetycznej występuje napięcie przekraczające 253V, niezależnie od faktu wysyłania uzyskanej energii elektrycznej do sieci

Ten scenariusz oznacza, że niezależnie od ilości energii generowanej przez posiadaną instalację fotowoltaiczną i wysyłanej do sieci operatora, w sieci tej napięcie już przekroczyło dopuszczalny limit określony odpowiednimi normami. Dzieje się tak najczęściej w dwóch przypadkach:

  1. Lokalna sieć elektroenergetyczna jest przeciążona. Przyczyną jest jej niska jakość lub nadmiar instalacji fotowoltaicznych podłączonych w obrębie jednej stacji transformatorowej. Poszczególne falowniki z takich instalacji sztucznie podbijają napięcie, aby móc „wypchnąć” produkowaną energię elektryczną do sieci operatora
  2. W okolicy nie występuje nadmiar instalacji fotowoltaicznych, lecz jedna z nich jest zarządzana przez falownik ustawiony na normę innego kraju niż Polska (np. Niemcy lub Włochy). Alternatywnie, w okolicy znajduje się falownik w którym zostały zmodyfikowane wymagane nastawy układu zabezpieczeń urządzenia

W takim przypadku nasz falownik, napotykając za wysokie napięcie w sieci w swoim punkcie przyłączenia, nie będzie mógł rozpocząć pracy lub eksportować energii.

2. W sieci elektroenergetycznej nie występuje napięcie przekraczające 253V, lecz praca falownika podnosi napięcie ponad tą wartość

Ten scenariusz oznacza, że napięcie w sieci w punkcie przyłączenia naszego falownika nie przekracza w danym momencie limitu 253V, ale nasz falownik aby „wypchnąć” do sieci energię elektryczną uzyskaną z fotowoltaiki musiałby podbić napięcie powyżej limitu 253V. W ten sposób nasz falownik sam stworzyłby problem, z którym próbujemy walczyć. Dzieje się tak w następujących przypadkach:

  1. Falownik został podłączony niezgodnie ze sztuką instalatorską oraz instrukcją obsługi. Zastosowano przewody o zbyt małej średnicy lub odległość do punktu przyłączenia jest zbyt duża. Duża odległość pomiędzy falownikiem a punktem przyłączenia powoduje spadek napięcia pomiędzy falownikiem a siecią. Aby zapobiec spadkom napięcia, falownik sam będzie próbował to napięcie podbić.
  2. Domowa sieć elektryczna jest słabej jakości, najczęściej oznacza to że kable w domowej instalacji są zbyt cienkie. Zbyt cienkie przekroje kabli powodują spadek napięcia przy pobieraniu mocy. Podobnie, przy oddawaniu mocy występuje nadmierny wzrost napięcia.
  3. Okoliczna sieć elektroenergetyczna jest słabej jakości, transformator sieci jest zbyt obciążony lub znajduje się w nadmiernej odległości od instalacji fotowoltaicznej.
  4. Występuje duże obciążenie lokalnej sieci elektroenergetycznej powodowane przez dużą ilość instalacji fotowoltaicznych w okolicy. W praktyce przez „okolicę” należy rozumieć instalacje fotowoltaiczne podłączone do tej samej stacji transformatorowej.

W takim przypadku nasz falownik rozpocznie pracę, lecz w przypadku zwiększenia eksportu energii do sieci szybko nastąpi przerwanie jego pracy. Spowodowane będzie to dbałością o jakość parametrów lokalnej sieci elektroenergetycznej. Nasz falownik będzie się okresowo rozłączał z siecią, a następnie podejmował próbę ponownego połączenia i sprawdzenia aktualnych parametrów. W przypadku wykrycia zbyt wysokiego napięcia nastąpi ponowne rozłączenie – dzieje się tak w interwałach ok. 10-15 minut.

Rozwiązania problemu wysokiego napięcia w instalacjach z falownikami Huawei

Marka Huawei proponuje pięć rozwiązań, które eliminują alarm zbyt wysokiego napięcia w sieci. Każdy przypadek nadmiernego napięcia w sieci elektroenergetycznej należy rozpatrywać indywidualnie. Zależy on bowiem od wskazań parametrów sieci elektroenergetycznej w konkretnym czasie i lokalizacji.

Poniższe rozwiązania zakładają prawidłową instalację i konfigurację falownika. Przede wszystkim oznacza to ustawienie norm odpowiednich dla Polski.

Sterowanie mocą bierną

Należy włączyć sterowanie mocą bierną w funkcji napięcia zgodnie z charakterystyką Q(U). Funkcja ta jest już skonfigurowana zgodnie z wymaganiami operatorów sieci dystrybucyjnej w ustawieniach falownika Huawei. Wystarczy ją włączyć w menu ustawień falownika.

Sterowanie współczynnikiem mocy

Należy włączyć sterowanie współczynnikiem mocy w funkcji napięcia zgodnie ze zdefiniowaną charakterystyką cosϕ(P). Funkcja ta jest już skonfigurowana zgodnie z wymaganiami operatorów sieci dystrybucyjnej w ustawieniach falownika Huawei. Wystarczy ją włączyć w menu ustawień falownika.

Tłumienie wzrostu napięcia

Należy włączyć funkcję Voltage Rise Suppression – tłumienia wzrostu napięcia w ustawieniach falownika Huawei. Jest to dodatkowa funkcja, która ma przeciwdziałać podnoszeniu napięcia. Polega na zmniejszaniu mocy czynnej generowanej w funkcji wzrostu napięcia. Aktywuje się dopiero po wyczerpaniu możliwości regulacji napięcia poborem mocy biernej w trybie Q(U) tj. powyżej 1,08 Un (napięcie nominalne 230 V)

Zwiększenie autokonsumpcji poprzez chwilowe zwiększenie lokalnego obciążenia

Należy zwiększyć autokonsumpcję lokalną w okresach maksymalnej produkcji. Najprościej dokonać tego włączając energochłonne urządzenia w okresie największego uzysku z fotowoltaiki. Takimi urządzeniami są np. pralka, suszarka, zmywarka, piekarnik, lub klimatyzacja. Obciążenie lokalnie można także zwiększyć ładując inne urządzenia elektryczne wyposażone w akumulator.

Zwiększenie autokonsumpcji z wykorzystaniem magazynu energii

Falownik Huawei połączony z magazynem energii ma możliwość ładowania magazynu energii także po wystąpieniu alarmu za wysokie napięcie sieci. W takim przypadku falownik nie przesyła energii do odbiorników domowych, lecz całą dostępną moc przekierowuje do magazynu energii.

Dzięki temu falownik może nadal pracować i produkować energię, a prosument może wykorzystać tę energię później. W tym przypadku należy mieć na uwadze, że ładowanie magazynu energii może nie skonsumować całej nadwyżki uzyskiwanej chwilowo energii z fotowoltaiki. Przykładowo, magazyn energii Huawei LUNA2000 jest w stanie skonsumować maksymalnie 2.5kW energii w wariancie z jednym modułem baterii, oraz 5kW w wariancie z dwoma lub trzema modułami baterii.

Podsumowanie

Problem zbyt wysokiego napięcia w sieci przesyłowej dotyka coraz większą ilość prosumentów. Efektem jest obniżenie mocy inwertera, a nawet zaprzestanie eksportu energii do sieci. Do czasu zmodernizowania sieci elektroenergetycznych w naszym kraju, nie widać na horyzoncie definitywnego rozwiązania.

Huawei w swoich falownikach domowych i komercyjnych zaimplementował rozwiązania generacji mocy biernej zgodnie z wymaganiami operatorów sieci dystrybucyjnej. Są one już odpowiednio skonfigurowane zgodnie z polską normą, wystarczy je włączyć. Falowniki Huawei posiadają także dodatkową funkcjonalność ograniczania wzrostu napięcia w miejscach, gdzie charakterystyka Q(U) jest niewystarczająca.

Inne rozwiązania sprowadzają się do okresowego zwiększenia autokonsumpcji w czasie największej produkcji energii elektrycznej. Można tego dokonać poprzez zwiększenie lokalnego obciążenia lub skorzystanie z opcji magazynowania energii.

Magazyn energii LUNA2000 umożliwia dalszą produkcję energii elektrycznej i przekierowuje ją do magazynu energii nawet po wystąpieniu alarmu wysokiego napięcia w sieci. Dzięki temu falownik nie wyłącza się i umożliwia wykorzystanie potencjału instalacji PV pomimo niesprzyjających okoliczności.