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Inverter di stringa Power-One Aurora:
il problema dell’elevata impedenza di linea e la generazione dell’avviso W003.
Autore: Rossi Antonio
Approvato: Trova Marco
Date: 2012/01/14
INDICE
1. Introduzione, circuito equivalente e definizioni
2. Considerazioni al circuito equivalente
3. Individuazione della causa dell’avviso W003 – Grid Fail
4. Tabelle di taratura delle protezioni di interfaccia degli inverter Power-One
5. L’importanza del monitoraggio per la comprensione della causa dell’avviso W003
6. Andamento della massima impedenza di linea ammessa in funzione della potenza immessa in
rete
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1. Introduzione, circuito equivalente e definizioni
Gli inverter per connessione alla rete di distribuzione dell’energia elettrica operano come generatori di
corrente che erogano la potenza in un generatore di tensione, la rete. Il circuito equivalente del parallelo
tra l’inverter e la rete può essere rappresentato come nella figura seguente:
Figura n. 1
Sezione: INVERTER
Zint,inv: impedenza interna
dell’inverter
Iout,inv: corrente erogata
dall’inverter
Vout,inv: tensione ai morsetti
di uscita dell’inverter
Sezione: LINEA DI
COLLEGAMENTO AC
Zline: impedenza della linea di
collegamento AC
V(Zline): caduta di tensione
sulla linea di collegamento AC
Iload: corrente assorbita dalle
utenze
Vpc: tensione nel punto di
consegna dell’energia
elettrica
Sezione: RETE DI
DISTRIBUZIONE
Igrid: corrente immessa in
rete
Zgrid: impedenza della rete di
distribuzione
V(Zgrid): caduta di tensione
sull’impedenza della rete di
distribuzione
Vgrid: tensione della rete di
distribuzione
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2. Considerazioni al circuito equivalente
Con riferimento al circuito equivalente di fig. 1, si possono fare le seguenti osservazioni:
(A) La linea di collegamento AC rappresenta la linea di collegamento dell’uscita dell’inverter al punto
di consegna. Questa linea è oggetto del progetto dell’impianto e quindi vi è la possibilità di
minimizzare la caduta di tensione (V(Zline)) su questa linea. La sezione del conduttore utilizzato
per la realizzazione della linea dovrebbe essere scelta considerando la corrente che può scorrervi
(Iout,inv) e la lunghezza della linea stessa, allo scopo di mantenere la caduta di tensione al di
sotto del 2-3%.
(B) L’equazione alla maglia inverter-linea di collegamento AC-punto di consegna risulta essere la
seguente:
ܸݐݑ, ܸ݅݊ = ݒሺܼ݈݅݊݁ሻ + ܸݐݑܫ ∗ ݈ܼ݁݊݅ = ܿ, ݅݊ ݒ+ ܸܿ
Nel caso in cui la caduta di tensione sulla linea di collegamento AC sia trascurabile (ovvero nel
caso in cui sia trascurabile l’impedenza della linea di collegamento AC), la tensione ai morsetti di
uscita dell’inverter coincide con la tensione nel punto di consegna dell’energia.
Si conclude quindi che una differenza di tensione tra i morsetti di uscita dell’inverter ed il punto di
consegna dell’energia è causata da un’errato dimensionamento della linea di collegamento AC. In
particolare si avrà (come risulta dalla precedente equazione) un aumento della tensione ai morsetti di
uscita dell’inverter rispetto alla tensione nel punto di consegna: tale aumento è direttamente
proporzionale alla corrente erogata dall’inverter e quindi sarà tanto più elevato quanto maggiore sarà la
potenza erogata dall’inverter.
(C) L’equazione alla maglia punto di consegna-rete risulta essere la seguente:
ܸܸ = ܿሺܼ݃݀݅ݎሻ + ܸ݃ ݀݅ݎ݃ܫ ∗ ݀݅ݎܼ݃ = ݀݅ݎ+ ܸ݃݀݅ݎ
Nel caso in cui la caduta di tensione sull’impedenza della rete di distribuzione sia trascurabile
(ovvero nel caso in cui sia trascurabile l’impedenza della rete di distribuzione), la tensione nel
punto di consegna coincide con la tensione della rete.
Si conclude quindi che una differenza di tensione tra il punto di consegna dell’energia e la rete è
causata da una impedenza della linea di distrbuzione non nulla. In particolare si avrà (come risulta dalla
precedente equazione) un aumento della tensione nel punto di consegna rispetto alla tensione della
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rete: tale aumento è direttamente proporzionale alla corrente iniettata nella rete erogata dall’inverter e
quindi sarà tanto più elevato quanto maggiore sarà la potenza iniettata in rete.
Per le considerazioni di cui ai punti precedenti si può dire che la tensione di rete, la tensione nel punto di
consegna dell’energia e la tensione ai morsetti di uscita dell’inverter sono legate tra loro dalle
impedenze della linea di collegamento AC e dall’impedenza della rete di distribuzione attraverso la
corrente erogata dall’inverter e la corrente che l’impianto inietta in rete al netto degli assorbimenti delle
utenze. L’equazione che regola il circuito equivalente di cui alla figura precedente è quindi:
ܸݐݑ, ܸ݅݊ = ݒሺܼ݈݅݊݁ሻ + ܸݐݑܫ ∗ ݈ܼ݁݊݅ = ܿ, ݅݊ ݒ+ ܸሺܼ݃݀݅ݎሻ + ܸ݃= ݀݅ݎ
= ܼ݈݅݊݁ ∗ ݐݑܫ, ݅݊ ݒ+ ܼ݃ ݀݅ݎ݃ܫ ∗ ݀݅ݎ+ ܸ݃= ݀݅ݎ
= ܼ݈݅݊݁ ∗ ݐݑܫ, ݅݊ ݒ+ ܼ݃ ∗ ݀݅ݎሺݐݑܫ, ݅݊ ݒ− ݈݀ܽܫሻ + ܸ݃݀݅ݎ
Poichè l’inverter è dotato di una protezione di interfaccia che disconnette l’inverter stesso dalla rete
qualora la tensione ai morsetti di uscita ecceda il valore di protezione, impedenze della linea di
collegamento e della rete di distribuzione troppo elevate possono causare disconnessioni dell’inverter
per overvoltage di rete. Questo comportamento viene “notificato” dall’inverter per mezzo del messaggio
di avviso W003 Grid Fail, che rappresenta la notifica da parte dell’inverter dell’assenza delle condizioni
idonee al funzionamento in parallelo alla rete di distribuzione.
3. Individuazione della causa dell’avviso W003 – Grid Fail.
Per individuare la causa dell’intervento della protezione di interfaccia dell’inverter è necessario
considerare che la tensione ai morsetti di uscita dell’inverter può aumentare fino ad eccedere il limite
della protezione di interfaccia a causa dell’impedenza della linea AC oppure a causa dell’impedenza della
rete. Alcune misure di tensione possono permettere di capire a quale delle due cause è legato
l’intervento della protezione di interfaccia.
a) Effettuare il confronto tra la tensione ai morsetti di uscita dell’inverter e la tensione nel punto di
consegna permette di capire se la causa è da ricercarsi nella linea di collegamento in AC. La
caduta di tensione sulla Zline causa un aumento della tensione ai morsetti si uscita dell’inverter.
Se la caduta di tensione è particolarmente elevata, l’aumento della tensione potrebbe portare
all’intervento delle protezioni di interfaccia.
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b) Capire se la causa della disconnessione dell’inverter dalla rete è l’impedenza della rete di
distribuzione può essere più complesso visto che non è possibile effettuare una misura diretta
della tensione della rete di distribuzione (Vgrid) e quindi il confronto con la tensione nel punto di
consegna.
Tuttavia possono essere realizzate delle misure che permettono di portare alla stessa
conclusione.
•
Misura della tensione nel punto di consegna mantenendo l’inverter disconnesso dalla rete: in
questa condizione il circuito equivalente si modifica come nella figura seguente:
Figura n. 2
L’equazione alla maglia di questo circuito risulta essere:
ܸ݃ ܸܿ = ݀݅ݎ+ ܸሺܼ݃݀݅ݎሻ = ܸ ܿ+ ܼ݃→ ݀݅ݎ݃ܫ ∗ ݀݅ݎ
→ ܸ ݀݅ݎܸ݃ = ܿ− ܸሺܼ݃݀݅ݎሻ = ܸ݃ ݀݅ݎ− ܼ݃݀݅ݎ݃ܫ ∗ ݀݅ݎ
Quindi la tensione nel punto di consegna dipende dalla corrente assorbita dalla rete ovvero
dalla potenza richiesta dalle utenze. Può dunque essere utile effettuare delle misure di
tensione nel punto di consegna con vari livelli di potenza assorbita (inserendo cioè, diverse
utenze per aumentare l’assorbimento di energia dalla rete). Nel caso in cui l’impedenza di
rete sia trascurabile, il contributo V(Zgrid) è trascurabile a sua volta e quindi la tensione nel
punto di consegna rimane costante al variare dell’assorbimento di potenza dalla rete.
La variazione della tensione nel punto di consegna al variare dell’assorbimento di potenza dalla rete è
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indice di una impedenza di rete non trascurabile.
•
Misura della tensione nel punto di consegna mantenendo le utenze disconnesse dalla rete: in
questa condizione il circuito equivalente si modifica come nella figura seguente:
Figura n. 3
L’equazione alla maglia di questo circuito risulta essere:
ܸݐݑ, ܸ݅݊ = ݒሺܼ݈݅݊݁ሻ + ܸݐݑܫ ∗ ݈ܼ݁݊݅ = ܿ, ݅݊ ݒ+ ܸሺܼ݃݀݅ݎሻ + ܸ݃= ݀݅ݎ
= ܼ݈݅݊݁ ∗ ݐݑܫ, ݅݊ ݒ+ ܼ݃ ݀݅ݎ݃ܫ ∗ ݀݅ݎ+ ܸ݃= ݀݅ݎ
= ܼ݈݅݊݁ ∗ ݐݑܫ, ݅݊ ݒ+ ܼ݃ݐݑܫ ∗ ݀݅ݎ, ݅݊ ݒ+ ܸ݃݀݅ݎ
Quindi in assenza di immissione di potenza in rete, la tensione ai morsetti di uscita
dell’inverter risulta essere uguale alla tensione di rete Vgrid. Durante il funzionamento
dell’inverter ovvero quando l’inverter eroga potenza in rete, alla tensione di rete si può
sommare un contributo proporzionale alla corrente immessa in rete dall’inverter e
dipendente dal valore dell’impedenza della linea AC e della rete di distribuzione. La misura
di cui al precedente punto 1 permette di escludere che la causa dell’aumento di tensione sia
da ricercare nella linea di collegamento AC e quindi il motivo è da ricercarsi nell’elevata
impedenza di rete.
In assenza di assorbimenti da parte delle utenze e qualora l’esito della misura di cui al punto 1 abbia
permesso di giungere alla conclusione che la linea in AC non ha alcun effetto sulla tensione di uscita
dell’inverter, un aumento della tensione di uscita dell’inverter proporzionale alla corrente erogata
dall’inverter è dipendente da un elevato valore di impedenza della rete di distribuzione.
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4. Tabelle di taratura delle protezioni di interfaccia degli inverter Power-One
Limitatamente alle soglie di tensione (overvoltage/undervoltage) della protezione di interfaccia, la
tabella di seguito riporta i valori di taratura di dette protezioni.
Inverter senza trasformatore
PVI-2000-IT
PVI-2000-OUTD-IT
PVI-3600-IT
PVI-3.0-OUTD-IT
(PVI-3.0-OUTD-S-IT)
PVI-3.6-OUTD-IT
(PVI-3.6-OUTD-S-IT)
PVI-4.2-OUTD-IT
(PVI-4.2-OUTD-S-IT)
PVI-6000-OUTD-IT
(PVI-6000-OUTD-S-IT)
PVI-10.0-OUTD-IT
(PVI-10.0-OUTD-S-IT)
(PVI-10.0-OUTD-FS-IT)
PVI-12.5-OUTD-IT
(PVI-12.5-OUTD-S-IT)
(PVI-12.5-OUTD-FS-IT)
Inverter con trasformatore
di isolamento ad alta frequenza
Protezione
Valore prescritto
Taratura Aurora
Massima
tensione
276V
(230+20%)
264V
(230+15%)
Minima
tensione
184V
(230-20%)
188,6V
(230-18%)
Massima
tensione
276V (*)
(230+20%)
264V (*)
(230+15%)
Minima
tensione
184V (*)
(230-20%)
188,6V (*)
(230-15%)
Protezione
Valore prescritto
Taratura Aurora
PVI-3.8-I-OUTD
(PVI-3.8-I-OUTD-S)
PVI-4.6-I-OUTD
(PVI-4.6-I-OUTD-S)
Massima
tensione
276V
(230+20%)
264V
(230+15%)
Minima
tensione
184V
(230-20%)
188,6V
(230-18%)
PVI-10.0-I-OUTD-400
(PVI-10.0-I-OUTD-S-400)
PVI-12.0-I-OUTD-400
(PVI-12.0-I-OUTD-S-400)
Massima
tensione
276V (*)
(230+20%)
264V (*)
(230+15%)
Minima
tensione
184V (*)
(230-20%)
188,6V (*)
(230-15%)
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(*) Il SPI degli inverter trifase (PVI-10.0/12.5-OUTD) effettua il controllo della tensione e
frequenza della rete tra fase e neutro e quindi i valori di taratura sono quelli relativi alla tensione
monofase ovvero alla tensione che il sistema legge tra ciascuna fase ed il centro stella del sistema
trifase, con valore nominale di 230V.
Nel caso in cui l’inverter sia connesso a triangolo (3 fili, R-S-T), il centro stella del sistema trifase
viene ricreato internamente all’inverter; nel caso in cui l’inverter sia connesso a stella (4 fili, R-ST+N), viene letto il centro stella del sistema trifase a cui l’inverter è connesso.
Nota: i valori di taratura della protezione di interfaccia degli inverter senza trasformatore NON SONO
MODIFICABILI. I valori di taratura della protezione di interfaccia degli inverter con trasformatore SONO
MODIFICABILI. E’ altresì necessario considerare che la modifica della soglia della protezione di massima
tensione permetterebbe all’inverter di rimanere connesso alla rete anche per valori di tensione di rete
superiori a 264V: benchè l’inverter possa lavorare con tale valore di tensione di rete, allo stesso valore
sarebbero alimentate anche tutte le utenze,
le quali, invece, potrebbero invece subire dei
danneggiamenti proprio a causa dell’elevato valore di tensione di alimentazione.
5. L’importanza del monitoraggio per la comprensione della causa dell’avviso W003
Attraverso il SW Aurora Communicator è possibile monitorare ed acquisire i parametri elettrici
dell’inverter. Il SW Aurora Communicator, lasciato in esecuzione continuativa, effettua il salvataggio di
file che possono essere richiamati dal menu “Statistiche”-“Statistiche Inverter” oppure “Statistiche”“Apri file grafico”. Di seguito si riporta l’andamento della tensione e della corrente di uscita di un inverter
che presenta il problema dell’avviso W003.
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La curva a
rappresenta
fianco (traccia verde)
la
tensione
di
uscita
dell’inverter; la curva sottostante (traccia
rosa) rappresenta la corrente immessa in
rete dall’inverter. Si osserva come la
tensione di uscita dell’inverter vari al
variare della corrente immessa in rete (in
particolare aumenti all’aumentare della
corrente). L’aumento della tensione si ha
fino all’intervento della protezione di
interfaccia (264V). Nella fascia oraria
dalle 12.58 alle 13.13 circa (periodo nel
quale l’inverter erogherebbe la massima
corrente), l’inverter non è in grado di
rimanere connesso a causa dell’aumento
della tensione di rete. Il fault log
scaricato dall’inverter testimonia questo
tipo di comportamento:
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[Code]
W003
W003
W003
W003
W003
W003
W003
W003
W003
W003
W003
W003
W003
W003
W003
[Date/Hour]
13:13:38_24/03/2011
13:12:29_24/03/2011
13:11:23_24/03/2011
13:10:23_24/03/2011
13:09:23_24/03/2011
13:08:20_24/03/2011
13:07:19_24/03/2011
13:06:19_24/03/2011
13:04:50_24/03/2011
13:03:50_24/03/2011
13:02:49_24/03/2011
13:01:31_24/03/2011
13:00:30_24/03/2011
12:59:19_24/03/2011
12:58:06_24/03/2011
[Startup No.] [Progr. No.] [Value]
111
187
1
111
186
1
111
185
1
111
184
1
111
183
1
111
182
1
111
181
1
111
180
1
111
179
1
111
178
1
111
177
1
111
176
1
111
175
1
111
174
1
111
173
1
Nota: intepretazione del campo [Value] in caso di avviso W003. Il campo [Value] è espresso in decimale e
può assumere un valore compreso tra 1 e 7. La codifica in binario porta quindi ad un numero di tre bit,
che indicheremo con B0 (LSB), B1, B2 (MSB):
-
Se B0 (LSB) = 1 ⇒ Tensione di rete fuori range
-
Se B1 = 1 ⇒ Frequenza di rete fuori range
-
Se B2 (MSB) = 1 ⇒ Impedenza di rete fuori range (solo versioni con protezione anti-islanding, non
prevista nel mercato italiano)
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6. Andamento della massima impedenza di linea (monofase) ammessa in funzione della potenza immessa in rete
6
Massima impedenza di linea monofase [Ω
Ω]
Zgrid(max)|Vmax=264V
Zgrid(max)|Vmax=270V
5
Zgrid(max)|Vmax=276V
Il grafico a lato riporta gli andamenti della
massima impedenza di linea monofase
ammessa onde evitare la disconnessione
dell'inverter dalla rete per allarme W003.
4
Per la costruzione del grafico si è considerata
una tensione nominale Vnom=230Vac e la
soglia di disconnessione dell'inverter dalla rete
impostata a tre valori differenti:
- Vmax1=264Vac (soglia OV inverter Aurora)
- Vmax2=270Vac
- Vmax3=276Vac (massimo valore ammesso)
3
2
Dal grafico emerge che con 6000W di potenza
immessa in rete ed un valore di impedenza di
linea superiore a 1,3Ω, si aggiungere la soglia
di disconnessione dell'inverter dalla rete
1
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
Potenza immessa in rete [W]
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