meei a tÜv rheinland csoport tagja

1 | MEEI Kft. | Budapest

MEEIa TÜV Rheinland Csoport tagja

Megújuló Energia Biztonságosan

Az inverterek biztonságtechnikai kérdései

Energy Summit Hungary

Budapest, 08. Október, 2009.

Szentpály W. Miklós

Vizsgálómérnök

Projekt menedzser


A megújuló energiák az EU-ban és Magyarországon

Az Európai Parlament és a Tanács 2009/28/EK irányelve

Célok az EU-ban (2020-ig)20% kötelező összarány a megújuló energiákban 10% a közlekedésben

- húzó ágazat lehet a gazdaságokban

Nemzeti célkitűzések a 20%-os arány tekintetében,méltányosan, a helyi adottságok figyelembe vételével10% a közlekedésben, kötelezően, minden tagállamban

Magyarország 4,3% (2005) 13% (2020), zöldáram vállalás 3,6% (2010)

Párhuzamos megfontolások- fenntartható energia politika- húzó ágazat lehet a gazdaságban / foglalkoztatottság- Környezetvédelem- üvegházhatású gáz kibocsátás csökkentése (kiotói egyezmény)


A megújuló energiák felhasználásának folyamata„mindenütt” inverterek

Megújuló (környezetbarát) energia forrás:

(Víz)

Szél generátor – változó feszültség, frekvencia

Nap napelem – változó (U, I, P) egyenáram

Biomassza váltakozó áram generátor

Tüzelőanyag cella változó egyenáram (U, I, P)

A keletkező energiát legtöbb esetben villamos energia formájában szállítjuk, osztjuk szét és használjuk fel: 50 Hz-es európai hálózat.

Energia forrás >> átalakító >> 1/3 fázisú váltakozó áramú villamos energia

Átalakító (villamos energia):

Egyenáram >> inverter >> váltakozó áram


Új eszközök – új kockázatokAz inverterek felépítése és funkcióik

==~

===

PV (Photo voltaic - napelem) panelek: 12 – 1500V

DC / DC konv.Fix fesz.

DC / AC konv.230 - 400V / 50 (60) Hz 3 fázis

µP

Hálózat230V / 50 Hz

Követelmények: Biztonság (hagyományos

kockázatok – áramütés, tűz stb.)

Hálózat: új kockázatok (áramütés a hálózat leállása után)

Hálózati/szolgáltatói követelmények:

Hálózati jellemzők (áramminőség)

Sziget üzem megelőzése

Inverter

transzformátor


A biztonsági kockázatok, minőségi, biztonsági elvárások: fogyasztó – hálózat védelme

A PV és más inverterek reményeink szerint nagy számban jelennek meg a háztartásokban isHagyományos kockázatok életben és vagyoni, háztartáson belül (áramütés, tűz, sérülés, elektromos berendezések károsodása stb.)Kiküszöbölése a (PV) inverterekre szabott biztonságtechnikai szabvány

Új kockázatok a hálózati üzem miatt- Áramütés a háztartáson kívül (nem kívánt „sziget üzem”), a szolgáltató felé- Egyéb felkapcsolódási kockázatok- Processzoros vezérlés - sw

Szolgáltatói elvárások, áramminőség- harmonikus tartalom (áramtorzítás)- flikker zaj (villogás)- frekvencia követés, teljesítmény tényező- túlfeszültség, alacsony feszültség, frekvencia kezelése- nem kívánt sziget üzem elkerülése

EMC elvárások (elektromágneses zavarkeltés és érzékenység)- zajsugárzás- zaj immunitás

ÁltalánosMegbízhatóság, jó hatásfok


Az inverterek biztonságát szabványok szabályozzák: prIEC 62109-1;-2 / prEN 62109-1;-2 – változnak, fejlődnek

Általános - „hagyományos” - biztonsági szemlélettel:

-1, PV inverterekhez

-2, PV inverterek akkumulátor töltővel

Érvényességi kör: 1500V DC (PV panelek bemeneti feszültség)

1000V AC (Hálózat, kimeneti feszültség)

Kizárva: szél és egyéb forgó gépek?

(később várhatóan integrálni fogják….)

….szigetelés ellenőrzés, kúszóáram utak, légközök, IP védettség, földelés, kritikus alkatrészek stb.….

A szabvány e része a „hagyományos” biztonsági kérdéseket tárgyalja, de hogyan kezeli a mikroprocesszorok témakörét?


A mikrokontroller „néhány” feladata…:

A PV panelek feszültségének, áramának méréseAz első DC/DC konverter vezérlése a maximális kivehető teljesítmény érdekében (Maximum Power Point Tracking - MPPT)A hálózati feszültség, áram mérése (3 fázis)A második konverter – inverter - DC/AC vezérléseA hálózati frekvencia folyamatos méréseA hálózati csatlakozás felügyelete - nem kívánt sziget üzem elkerülése - anti islandingA kimeneti áram teljesítményfaktorának és harmonikus tartalmának (THD) kontrolljaA kimeneti áram egyenáram tartalmának az ellenőrzése (DC injection)A „lágy indítás” vezérléseSziget üzem miatti leállás utáni újraindítás …stb …stb.

Egy sereg összetett REAL TIME (valós idejű) feladat….A program (firmware) fejlesztők minden feladatot meg kell oldjanak magas megbízhatósággal – a tesztelő szervezeteknek kell (test report - TR) ellenőrizni a sw biztonság kielégítő szintjét… (IEC 60730)


prIEC 62109-1;-2 / prEN 62109-1;-2

Az új biztonsági követelmények: Annex B (kötelező)

Ha a rendszer processzor vezérelt: az Annex B (prIEC 62109-1) kötelező melléklet hivatkozik az IEC 60730-1 Annex H szabványra:

„B.1 Software Or Firmware That Perform Safety Critical Functions”…Protective Controls employing software or firmware to perform their function (s), shall be so constructed that they comply with IEC 60730–1 Annex H to address the risks identified in B2.1. …. B.2.1 Risk Analysis…

…i) The software must detect a hardware or software malfunction and place the device in a safe state as indicated per the “Risks Addressed State” definition.”

>> Hw/sw biztonsági – megbízhatósági vizsgálatok

IEC 60730-1 Annex H (100 old.): hw/sw követelmények: E:\My_Presentation\60730_sample.doc


Hogyan tudjuk ellenőrizni és megoldani ezeket a feladatokat?

Kockázat menedzselés ellenőrzése Hardware kiértékelés Flowchart ellenőrzés, a kockázat kezelés és az inverter

funkciói alapján Forrás kód ellenőrzés A firmware beazonosítása (a forrás kód és a beégetett

firmware beazonosítása) A fejlesztési eljárás és dokumentáció ellenőrzése

Milano, 2009. április, konferencia a sw biztonságról


Hálózati - áramminőségi követelményekIEC 61727: PV inverterek szolgáltatói interfész jellemzői

-1/3 fázisú PV inverterekre

-Flicker(villogás)

-Felharmonikus tartalom (a szinusz „torzítása”)

-Teljesítménytényező

Fenti pontokban leírt specifikációtól eltérő esetekben az eszköznek le kell kacsolódni a rendszerről

-Fesz. szabályozást az inverter nem végez, csak védelmi beavatkozást

-Flicker (16A áram alatt: IEC 61000-3-3 , 16A áram felett: IEC 61000-3-5.)

-Szinkronjárás a hálózattal, a frekvencia határok között


Hálózati - áramminőségi követelményekIEC 61727 PV: inverterek szolgáltatói interfész jellemzői

-Felharmonikus tartalom < 5%

Páratlan harmonikusok Torzítási határ 3. tól 9.ig Kisebb mint 4,0%

11.től 15.ig Kisebb mint 2,0% 17.től 21.ig Kisebb mint 1,5% 23.tól 33.ig Kisebb mint 0,6%

Páros harmonikusok Torzítási határ

2.tól 8.ig Kisebb mint 1,0% 10.től 32.ig Kisebb mint 0,5%



Teljesítménytényező

- 0,9 - Pki > 50%Pn (általában kényelmesen teljesül)

Hálózati feszültségkiesés

- Leállás elvárt időn belül

Túlfeszültség/feszültségcsökkenés/frekvencia

Nem kívánt sziget üzem elkerülése

Feszültség(hál. csatlakozási ponton) Maximális trip* idő V<0,5xVnévleges 0,1s 50%<V<85% 0,2s 85%<V<110% Folyamatos működés 110%<V<135% 2,0s 135%<V 0,05s *A trip idő alatt a rendellenes állapot bekövetkeztétől az inverter betáplálásának megszüntetéséig terjedő időt kell érteni. A PV rendszer vezérlő áramköreinek valójában csatlakozva kell maradniuk a hálózathoz a hálózat állapotának érzékeléséhez, hogy az újracsatlakozási funkció lehetséges legyen.



Magas / alacsony frekvencia

+ / - 1 Hz >> trip, 0,2 sec – en belül

Késleltetés oka a folyamatos üzem, rövid idejű zavarok átlépése

Sziget üzem elleni védelem

A PV rendszernek meg kell szüntetnie a betáplálást a hálózat kiesése esetén 2s-on belül.*

A hálózat visszatérése

20s – 5min, helyi viszonyok szerint


Hogyan mérjük?IEC 62116:2008 PV inverterek nem kívánt szigetüzem elkerülési képességének mérése (1/3 fázis)


Hogyan mérjük?IEC 62116:2008 PV inverterek nem kívánt szigetüzem elkerülési képességének mérése (1-3 f)

- 3 különböző teljesítménynél:

33%

66%

100%

- minden teljesítménynél

+/- 5 irányban, 1-1 ponton,

1 %-ra reaktív elemekkel elhangolva- Túlfeszültségen- Alacsonyfeszültségen- Magas frekvencián- Alacsony frekvencián


Egyeztetés az áramszolgáltatókkal az inverterek hálózatra kapcsolásáról

2009. 09. 30., TÜV Rheinland MEEI

- ELMÜ- EON- DÉMÁSZ

szakembereivel

A TÜV MEEI vállalta: folyamatos szakmai kapcsolat, tájékoztatás a szabványváltozásokról

Szolgáltatói követelmények: prIEC 62109-1;-2 , IEC 61727, IEC 62116 + EMC szabványok alapján- lokális követelményekkel kiegészítve

tanúsítvány nélküli - hiányos tanúsítványokkal- megfelelő tanúsítványokkal- nagy teljesítményű inverterek- egyéb speciális esetek

kezelése, eljárás rendje: szolgáltatók – TÜV Rheinland MEEI


Hogyan mérjükIEC 62116:2008 PV inverterek nem kívánt szigetüzem elkerülési képességének mérése

TÜV Rheinland MEEI laboratóriumban,Budapest

- Biztonságtechnikai- Hálózat üzemi- Hatásfok

Együttműködésegyetemek tanszékeivel

>1000 kW-ig 1/3 fázis

4 kW PV inverter

meei a tÜv rheinland csoport tagja

Documents