View
38
Download
0
Category
Preview:
DESCRIPTION
MEEI a 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. - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
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
2 | MEEI Kft. | Budapest
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)
3 | MEEI Kft. | Budapest
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
4 | MEEI Kft. | Budapest
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
5 | MEEI Kft. | Budapest
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
6 | MEEI Kft. | Budapest
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?
7 | MEEI Kft. | Budapest
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)
8 | MEEI Kft. | Budapest
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
9 | MEEI Kft. | Budapest
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
10 | MEEI Kft. | Budapest
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
11 | MEEI Kft. | Budapest
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%
12 | MEEI Kft. | Budapest
Hálózati - áramminőségi követelményekIEC 61727: PV inverterek szolgáltatói interfész jellemzői
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.
13 | MEEI Kft. | Budapest
Hálózati - áramminőségi követelményekIEC 61727: PV inverterek szolgáltatói interfész jellemzői
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
14 | MEEI Kft. | Budapest
Hogyan mérjük?IEC 62116:2008 PV inverterek nem kívánt szigetüzem elkerülési képességének mérése (1/3 fázis)
15 | MEEI Kft. | Budapest
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
16 | MEEI Kft. | Budapest
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
17 | MEEI Kft. | Budapest
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
Recommended