Victron Microgrid

Модулна архи­тектура

Роман Рубанович

Victron Energy пред­лага нова архи­тек­тура «Microgrid» за съз­да­ване и раз­ши­ря­ване на авто­номни системи.

Преди за малка едно­фазна система използ­вахме един инвер­тор/зарядно MultiPlus или Quattro. За три­фазна — три инвер­тора, по един за всяка фаза. Ако беше необ­хо­дима по-голяма мощ­ност — инста­ли­рахме няколко инвер­тора пара­лелно на всяка фаза и чрез интер­фейса VE.Bus ги обе­ди­ня­вахме в една син­хронно рабо­теща система.

Този подход има няколко огра­ни­че­ния:

1. Максимал­ната продъ­л­жи­телна мощ­ност на една авто­номна система Victron в момента е 180 kV·A (около 144 kW) при три­фазна кон­фи­гу­ра­ция и 75 kV·A (около 60 kW) — при едно­фазна.
2. Система с голям брой инвер­тори е тех­ни­че­ски сложна и скъпа. Паралел­ните бло­кове изис­кват симет­рични AC и DC линии за рав­но­мерно раз­пре­де­ле­ние на токо­вете.
3. Всички инвер­тори в една система VE.Bus трябва да бъдат от един и същ тип и с една­ква версия на фър­му­ера. Те рабо­тят с обща бате­рийна система, което огра­ни­чава избора на обо­рудване при раз­ши­ря­ване.
4. Дори една­кви модели от раз­лични про­из­вод­ствени реви­зии могат да се раз­ли­ча­ват по вътрешно съпро­тив­ле­ние, както и нови инвер­тори спрямо вече рабо­тили. Поради това товарът между пара­лел­ните бло­кове може да се раз­пре­деля нерав­но­мерно.
5. За голям брой инвер­тори, бате­рии, шини и защитна апа­ра­тура е необ­хо­димо достатъчно про­сторно тех­ни­че­ско поме­ще­ние. При съще­ству­ващ обект про­стран­ството може да бъде огра­ни­чено.
6. Добавя­нето на инвер­тори към рабо­теща система може да изис­ква пълна пре­ра­ботка на AC и DC частта, ако раз­ши­ря­ва­нето не е било пред­ви­дено при пър­во­на­чал­ното про­ек­ти­ране.
7. Всички инвер­тори в систе­мата VE.Bus рабо­тят като едно цяло. Ако един от тях се повреди, целият клъ­стер ще спре, дори ако оста­на­лите инвер­тори са напълно изправни.

ⓘ Вече е достъпна модул­ната архи­тек­тура Microgrid, в която няколко отделни авто­номни системи рабо­тят пара­лелно на обща шина за про­мен­лив ток.

Victron условно нарича всяка такава система Power Bank. В този кон­текст Power Bank е пъл­но­ценна авто­номна система, вклю­ч­ваща един или няколко инвер­тора/зарядни, соб­ствена бате­рия, DC раз­пре­де­ле­ние и източ­ници за заре­ждане. За мони­то­ринг и управ­ле­ние може да се използва соб­ствено GX устрой­ство.

Вътре в Power Bank се запазва оби­чай­ната архи­тек­тура на Victron. Системата може да бъде едно­фазна или три­фазна и да вклю­чва няколко пара­лелни инвер­тора на всяка фаза.

Но раз­лич­ните Power Bank не се свър­зват чрез VE.Bus и нямат обща DC шина. Затова могат да се раз­ли­ча­ват по мощ­ност, брой инвер­тори, капа­ци­тет на бате­ри­ите и източ­ници за заре­ждане, както и да се нами­рат в раз­лични тех­ни­че­ски поме­ще­ния или отделни кон­тей­нери.

За съв­мест­ната им работа не е необ­хо­дима отделна кому­ни­ка­ци­онна линия. Достатъчно е да бъдат свър­зани към общата AC шина.

Натовар­ва­нето между раз­лич­ните Power Bank се раз­пре­деля авто­ма­тично, без цен­тра­лен кон­тро­лер и обмен на данни. За целта Victron използва алго­ритъма Hybrid Droop — своя реа­ли­за­ция на широко използва­ния метод droop control.

При уве­ли­ча­ване на актив­ния товар често­тата на общата AC шина леко нама­лява и всеки Power Bank уве­ли­чава отда­ва­ната активна мощ­ност (P-f Droop). Реактив­ната мощ­ност се раз­пре­деля по ана­ло­ги­чен начин чрез про­мяна на напре­же­ни­ето (Q-U Droop).

При една­кви настройки по-мощ­ните системи поемат про­пор­цио­нално по-голяма част от товара. Малките откло­не­ния на често­тата и напре­же­ни­ето са нор­мална част от регу­ли­ра­нето.

Основната прак­ти­ческа полза от новата архи­тек­тура е пое­тап­ното уве­ли­ча­ване на мощ­но­стта на авто­ном­ния обект. Вече рабо­теща система може да стане пър­вият Power Bank, към който по-късно се доба­вят други. В момента в една Microgrid могат да се обе­ди­нят Power Bank с обща мощ­ност до 400 kW.

Всеки Power Bank остава само­сто­я­телна система. Той може да бъде стар­ти­ран отделно, изклю­чен за обслуж­ване или заме­нен. Ако един Power Bank спре, оста­на­лите ще продъ­л­жат да захран­ват товара, докато сумар­ната им мощ­ност и запа­сът от енер­гия са достатъчни.

Такава архи­тек­тура може да бъде полезна за отда­ле­чени обекти, про­из­вод­ства с авто­номно елек­тро­за­хран­ване, ферми, стро­и­телни пло­щадки, фести­вали и кон­церти, както и за мобилни кон­тей­нерни енер­гийни системи.

Например, ком­па­ния за отда­ване под наем на енер­гийно обо­рудване може да ком­би­нира раз­ли­чен брой едно­типни кон­тей­нери Power Bank според необ­хо­ди­мата мощ­ност.

Особено­сти на архи­тек­ту­рата

Архитек­ту­рата Microgrid е пред­на­зна­чена само за авто­номна работа. Общата AC шина се фор­мира от самите Power Bank за съв­местна работа и захран­ване на това­рите. Към нея не могат да се свър­зват директно външна елек­три­ческа мрежа, гене­ра­тор за про­мен­лив ток, мрежов PV инвер­тор или други AC източ­ници.

Всеки Power Bank трябва да има соб­ствени източ­ници за заре­ждане: MPPT кон­тро­лери с DC-coupled PV, DC гене­ра­тор или отделно зарядно устрой­ство, захран­вано от външ­ната мрежа или AC гене­ра­тор.

SoC (State of Charge) на бате­ри­ите в отдел­ните Power Bank не се израв­нява авто­ма­тично. С тече­ние на вре­мето стой­но­стите му ще се раз­ли­ча­ват в зави­си­мост от мощ­но­стта и засен­ч­ва­нето на PV маси­вите, капа­ци­тета и състо­я­ни­ето на бате­ри­ите, както и от други про­мен­ливи пара­метри.

Ако един Power Bank се раз­реди по-рано от оста­на­лите, той ще се изключи от общата шина, а товарът му ще бъде поет от оста­на­лите системи.

Victron пре­поръ­чва заре­жда­нето да бъде орга­ни­зи­рано така, че поне един Power Bank да запазва въз­мож­но­стта да приема излиш­ната енер­гия и да не достига пълен заряд едновре­менно с оста­на­лите.

Ако бате­ри­ите на всички Power Bank са напълно заре­дени, а източ­ни­ците за заре­ждане продъ­л­жа­ват да про­из­веж­дат енер­гия, на AC шината трябва да се поддъ­ржа посто­я­нен товар не по-малък от 2% от сумар­ната номи­нална активна мощ­ност на систе­мите. В про­ти­вен случай между Power Bank могат да въз­ник­нат цир­ку­ли­ращи потоци на мощ­ност.

Това изис­кване важи само по време на активно заре­ждане, когато напре­же­ни­ето на всички бате­рии се доб­ли­жава до Float напре­же­ни­ето или го надви­шава. Докато бате­ри­ите не са напълно заре­дени, те сами при­е­мат излиш­ната енер­гия.

Отделно трябва да се вземе пред­вид схе­мата на свър­зване:

❗Ако в Power Bank няма пара­лелни инвер­тори на една фаза, общата шина на Microgrid се свързва към AC-IN, а AC-OUT не се използва.

За модела Quattro (с два входа за про­мен­лив ток) в този случай се използва AC-IN-2.

Ако на една фаза няколко инвер­тора рабо­тят пара­лелно, се използва External Transfer Switch, а сило­вото свър­зване се извър­шва чрез AC-OUT.

Резюме

Microgrid е отде­лен начин за изграж­дане на авто­номна система със соб­ствени пра­вила за про­ек­ти­ране, пус­кане и защита.

Според мен основ­ната цен­ност на Victron Microgrid е не тол­кова в уве­ли­ча­ва­нето на мак­си­мал­ната мощ­ност до 400 kW, кол­кото във въз­мож­но­стта да се изграж­дат големи авто­номни системи от неза­ви­сими модули.

Такъв обект може да се раз­ши­рява посте­пенно, без цялото обо­рудване да се обе­ди­нява в един сложен клъ­стер и без пълна пре­ра­ботка на вече рабо­те­щата система. За частна къща тази архи­тек­тура в пове­чето случаи не е необ­хо­дима, но за големи, раз­пре­де­лени и кон­тей­нерни авто­номни обекти тя открива нови въз­мож­ности.