Inv_Str3ph-TRIO-PLUS-LITE-ULTRA_Anti-Islanding Prot_IT_rev.2011-12-21.docx
Inverter Aurora Power-One:
descrizione della protezione anti-islanding
Autore: Antonio Rossi
Approvatore: Marco Trova, Danio Nocentini
Data: 21/12/2011
OBIETTIVO
Il presente documento ha l'obiettivo di fornire una breve descrizione della condizione di islanding
e dei requisiti necessari per la protezione contro la condizione di islanding (protezione anti-islanding).
Verrà infine illustrata la protezione anti-islanding implementata negli inverter centralizzati Aurora
Power-One.
AMBITO DI APPLICAZIONE
Il documento si riferisce agli inverter riportati nella seguente tabella.
Inverter di stringa con
isolamento HF e senza
trasformatore
Inverter modulari
centralizzati basati
su modulo da 55 kW
(serie PLUS)
Inverter centralizzato
monolitico
(serie LITE)
Inverter modulari
centralizzati basati su
modulo da 350 kW
(serie ULTRA)
PVI-10.0-TL-OUTD
PVI-55.0/PVI-55.0-TL
PVI-250.0-TL
ULTRA-700.0-TL
PVI-12.5-TL-OUTD
PVI-110.0/PVI-110.0-TL
PVI-500.0-TL
ULTRA-1050.0-TL
PVI-10.0-I-OUTD
PVI-165.0/PVI-165.0-TL
PVI-12.0-I-OUTD
PVI-220.0/PVI-220.0-TL
TRIO-20.0-TL-OUTD
PVI-275.0/PVI-275.0-TL
TRIO-27.6-TL-OUTD
PVI-330.0/PVI-330.0-TL
ULTRA-1400.0-TL
Tabella n. 1: inverter cui il presente documento si riferisce.
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Power-One Italy S.p.a.
Via San Giorgio, 642 – 52028 Terranuova Bracciolini – Arezzo – Italy
Sito Web: www.power-one.com
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CONDIZIONE DI "ISLANDING"
Gli inverter per il funzionamento in parallelo in rete (inverter collegati alla rete) funzionano come
sorgenti di corrente che erogano potenza nella rete elettrica. Questo tipo di inverter in genere non
è in grado di alimentare la rete elettrica poiché non funziona come sorgente di tensione. Gli inverter
collegati alla rete immettono potenza nella rete come corrente CA con la stessa frequenza della
tensione di rete.
DC
AC power flow
DC power flow
AC
PV Grid-Interactive
Inverter
(AC current source)
Utility Grid
(AC voltage source)
Figura n. 1: funzionamento normale dell'inverter collegato alla rete.
La condizione di "islanding" è una situazione che si verifica in una rete in parallelo quando l'inverter
continua ad alimentare la rete sebbene la tensione dalla rete elettrica sia stata interrotta.
Nello standard IEEE 1547.1-2005, la definizione di "islanding" è la seguente:
Islanding: condizione in cui una parte di un’area del sistema di alimentazione (EPS, Electric Power
System) viene energizzata esclusivamente da uno o più EPS locali attraverso i punti associati di
accoppiamento comune (PCC, Points of Common Coupling) mentre tale parte dell'area EPS è separata
elettricamente dal resto dell'area EPS.
Nella norma IEC62116 edizione 1.0 2008-09, il fenomeno di "islanding" è definito come segue:
Islanding: stato in cui una parte della rete elettrica, contenente sia carichi che generatori, continua
a funzionare isolata dal resto della rete. Generatori e carichi possono essere qualsiasi combinazione
di proprietà del Cliente e del Distributore della rete elettrica.
La condizione di "islanding" è presente quando, a causa di una condizione di errore nella rete o di
una condizione di carico particolare sulla rete, quest'ultima mostra un comportamento di carico
risonante. In tali condizioni, anche se la tensione dalla rete non è più presente, la risonanza tra il
componente L-C continua a mantenere la tensione a livello del terminale di uscita dell'inverter,
pertanto l'inverter non è in grado di rilevare l'assenza della tensione di rete. In tal caso, se il carico
resistivo corrisponde alla potenza prodotta dall'inverter, il funzionamento in parallelo è comunque
possibile e crea la "condizione di islanding".
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Power-One Italy S.p.a.
Via San Giorgio, 642 – 52028 Terranuova Bracciolini – Arezzo – Italy
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DC
AC power flow
DC power flow
AC
PV Grid-Interactive
Inverter
(AC current source)
PV Generator
(DC source)
R
L
C
Utility Grid
(acts as RLC resonant
load at grid voltage
frequency where R
matches the inverter
output power)
Figura n. 2: rappresentazione circuitale della condizione di islanding.
La condizione di islanding può essere pericolosa principalmente per i quattro motivi indicati di seguito.
1. Problemi di sicurezza: se è presente una condizione di islanding, è possibile che gli addetti
alla rete elettrica possano trovare inaspettatamente cavi sotto tensione, sebbene la tensione
sia stata interrotta sulla rete.
2. Danni alle apparecchiature: è possibile che le apparecchiature dei clienti siano danneggiate
se i parametri di funzionamento sono molto diversi dallo standard. In tal caso, l'azienda
erogatrice è responsabile del danno.
3. Terminazione del guasto: se il circuito viene richiuso in un'isola attiva, è possibile che
si verifichino dei problemi con l'apparecchiatura dell'azienda erogatrice oppure che i sistemi
di richiusura automatica non siano in grado di rilevare il problema.
4. Danni all'inverter: la richiusura in un'isola attiva può causare danni agli inverter.
ESIGENZE E STANDARD DELLA PROTEZIONE ANTI-ISLANDING
Per i motivi principali indicati sopra, l'inverter sarà dotato di un meccanismo di rilevamento
e protezione anti-islanding, per evitare la condizione di islanding. Le norme applicabili relative
al rilevamento e all'interruzione della condizione di islanding variano da paese a paese. Di seguito
sono elencati alcuni standard relativi al paese in cui sono applicabili.
Paese
Standard che definisce i requisiti della protezione anti-islanding
Australia
AS4777.3-2005
Paesi asiatici (escl. Tailandia)
IEC62116 edizione 1.0 2008-09
Germania
VDE-AR-N 4105:2011-08 (*)
USA, Canada
Std. IEEE 1547-2003/Std. IEEE 1547.1-2005 (**)
Note
(*) I requisiti di anti-islanding sono validi solo per inverter con potenza nominale inferiore
a 30 kVA.
(**) Come stabilito per UL1741.
Tabella n. 2: standard che definisce i requisiti della protezione anti-islanding.
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Power-One Italy S.p.a.
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I diversi standard presentano, in genere, requisiti differenti in termini di tempo di rilevamento della
condizione di islanding e tempo di disconnessione successivamente al rilevamento della condizione
di islanding e possono inoltre richiedere diverse configurazioni e procedure di prova: per quanto
riguarda le differenze di configurazione per le prove, queste sono rappresentate dal fattore Q diverso
del carico risonante LC, mentre l'utilizzo del carico di risonanza della frequenza di rete per le prove
è comune nei diversi standard.
Di seguito è riportato un esempio di configurazione di prova, denominata islanding non intenzionale,
in base allo standard IEEE 1547.1-2005 (fare riferimento al paragrafo 5.7.1). Negli altri standard
la configurazione è simile.
DC
AC
PV Generator
(DC source)
PV Grid-Interactive
Inverter
(AC current source)
S2
S1
R
L
S3
C
Simulated Area Electric
Power System
(AC voltage source)
RLC resonant load at
grid voltage frequency
(Q-factor = 1)
Figura n. 3: circuito di prova standard IEEE 1547.1-2005.
Per la procedura di prova è necessario ripetere il test con diversi livelli di potenza di uscita
dell'inverter. Per ulteriori informazioni, fare riferimento allo standard applicabile.
DESCRIZIONE DELLA PROTEZIONE ANTI-ISLANDING DEGLI INVERTER CENTRALIZZATI POWER-ONE
Indipendentemente dallo standard di riferimento che definisce i requisiti della protezione
anti-islanding, gli inverter Power-One riportati nella tabella n. 1 forniscono lo stesso meccanismo
di rilevamento descritto di seguito.
A seconda dello standard di riferimento che definisce i requisiti della protezione anti-islanding,
l'inverter Power-One riportato nella tabella n. 1 fornisce le caratteristiche di protezione (tempo di
rilevamento, tempo di disconnessione) stabilite dallo standard.
Il rilevamento della condizione di islanding viene eseguito osservando la variazione della frequenza
di rete in relazione al tempo.
L'inverter "induce" la variazione di frequenza mediante una potenza reattiva capacitiva immessa
a intervalli regolari nella rete. Il periodo di erogazione in rete della potenza reattiva varia in base
al tempo di rilevamento necessario (standard della rete); la quantità di potenza reattiva, in genere,
è compresa tra il 3 e il 5% della potenza attiva effettiva convertita dall'inverter.
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Power-One Italy S.p.a.
Via San Giorgio, 642 – 52028 Terranuova Bracciolini – Arezzo – Italy
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BULK
CAPS
AC/DC PWM CONVERTER
LINE FILTER
GRID PARALLEL
RELAYS
INPUT
(DC SIDE)
OUTPUT
(AC SIDE)
PWM Converter
Control
Δf/Δt
Grid frequency
reading circuit
Grid Parallel
Relays Control
Figura n. 4: schema a blocchi del convertitore CA/CC e del circuito logico relativo alla protezione
anti-islanding.
Nel caso in cui l'inverter sia connesso alla rete (non è presente alcuna condizione di islanding),
la potenza reattiva capacitiva non causa alcuna variazione della frequenza di rete, che è sovrapposta
dalla rete elettrica.
Nel caso in cui sia presente la condizione di islanding, la potenza reattiva capacitiva causa il
disallineamento rispetto alla frequenza di risonanza del carico LC; dopo aver fornito potenza reattiva,
l'inverter controlla il valore f/ t (variazione della frequenza di rete in relazione al tempo) e viene
automaticamente disconnesso dall'isola.
Il periodo di erogazione della potenza reattiva, la quantità di potenza immessa nella rete e la soglia
f/ t sono i tre parametri che definiscono la protezione anti-islanding all'interno dell'inverter per
soddisfare i requisiti dei diversi standard della rete.
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Power-One Italy S.p.a.
Via San Giorgio, 642 – 52028 Terranuova Bracciolini – Arezzo – Italy
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