استاندارد IEC 62116 – روش آزمون جلوگیری از جزیرهایشدن اینورترهای فتوولتائیک متصل به شبکه
استاندارد IEC 62116 چیست؟
استاندارد IEC 62116 با عنوان Test procedure of islanding prevention measures for utility-interconnected photovoltaic inverters به روش آزمون تجهیزات و الگوریتمهای جلوگیری از جزیرهایشدن در اینورترهای فتوولتائیک متصل به شبکه میپردازد.
در سیستمهای خورشیدی متصل به شبکه، اینورتر باید هنگام قطع یا از دست رفتن شبکه برق، در زمان مناسب از شبکه جدا شود. اگر اینورتر پس از قطع شبکه همچنان بخشی از شبکه را تغذیه کند، پدیدهای به نام جزیرهایشدن (Islanding) رخ میدهد.
IEC 62116 مشخص میکند چگونه باید این قابلیت حفاظتی در اینورترهای PV تست شود تا اطمینان حاصل گردد که اینورتر در شرایط خطرناک، بهصورت ایمن و قابل اعتماد از شبکه جدا میشود.
جزیرهایشدن یا Islanding چیست؟
جزیرهایشدن زمانی رخ میدهد که بخشی از شبکه توزیع از منبع اصلی برق جدا شده باشد، اما همچنان توسط یک یا چند منبع تولید پراکنده مانند نیروگاه خورشیدی تغذیه شود.
بهعنوان مثال:
- شبکه برق بهدلیل خطا، تعمیرات یا قطع کلید از مدار خارج میشود.
- اینورتر خورشیدی همچنان توان تولید میکند.
- اگر بار محلی تقریباً با تولید PV متعادل باشد، ولتاژ و فرکانس ممکن است برای مدتی در محدوده مجاز باقی بماند.
- در این حالت، اینورتر ممکن است قطع شبکه را بهسرعت تشخیص ندهد.
این وضعیت میتواند برای افراد، تجهیزات و بهرهبرداری شبکه خطرناک باشد.
چرا جلوگیری از Islanding مهم است؟
جلوگیری از جزیرهایشدن در اینورترهای PV به چند دلیل بسیار مهم است:
1) ایمنی کارکنان شبکه
در زمان تعمیرات یا رفع خطا، پرسنل بهرهبرداری ممکن است تصور کنند خط بیبرق است. اگر اینورتر همچنان شبکه را تغذیه کند، خطر برقگرفتگی جدی ایجاد میشود.
2) حفاظت تجهیزات
جزیرهایشدن میتواند باعث ایجاد شرایط نامطلوب از نظر:
- ولتاژ غیرمجاز
- فرکانس غیرمجاز
- اعوجاج توان
- ناپایداری سیستم
- تنش روی تجهیزات مصرفکننده
شود.
3) هماهنگی حفاظتی شبکه
سیستمهای حفاظتی شبکه توزیع برای شرایط خاصی طراحی شدهاند. باقیماندن تولید PV در یک جزیره میتواند هماهنگی حفاظتی را مختل کند.
4) بازوصل ایمن شبکه
اگر شبکه اصلی در حالی وصل شود که جزیره محلی از نظر فاز، فرکانس یا ولتاژ با شبکه هماهنگ نیست، ممکن است ضربه شدید الکتریکی و مکانیکی به تجهیزات وارد شود.
هدف استاندارد IEC 62116
هدف اصلی IEC 62116 این است که یک روش آزمون استاندارد برای ارزیابی عملکرد anti-islanding اینورترهای فتوولتائیک ارائه کند.
این استاندارد کمک میکند مشخص شود:
- آیا اینورتر در شرایط شبیهسازیشده قطع شبکه، جزیرهایشدن را تشخیص میدهد؟
- مدت زمان تشخیص و قطع چقدر است؟
- آیا اینورتر در نقاط بحرانی تعادل بار و تولید نیز درست عمل میکند؟
- عملکرد الگوریتمهای ضد جزیرهایشدن اینورتر قابل اطمینان است یا خیر؟
دامنه کاربرد IEC 62116
IEC 62116 عمدتاً برای اینورترهای فتوولتائیک متصل به شبکه برق عمومی کاربرد دارد؛ یعنی اینورترهایی که انرژی DC تولیدشده توسط ماژولهای خورشیدی را به انرژی AC قابل تزریق به شبکه تبدیل میکنند.
این استاندارد در موارد زیر استفاده میشود:
- آزمون تایپ اینورترهای خورشیدی
- اخذ گواهی اتصال به شبکه
- ارزیابی عملکرد حفاظتی اینورتر
- تستهای آزمایشگاهی محصول
- پذیرش تجهیزات در پروژههای خورشیدی متصل به شبکه
- ارزیابی سازگاری اینورتر با الزامات شرکت برق یا Grid Code
روش کلی آزمون در IEC 62116
در آزمون anti-islanding، شرایطی در آزمایشگاه ایجاد میشود که اینورتر، بار محلی و شبکه به شکل کنترلشده به هم متصل باشند. سپس شبکه از مدار خارج میشود و بررسی میگردد که اینورتر در چه مدت زمانی قطع میکند.
ساختار کلی آزمون معمولاً شامل موارد زیر است:
- منبع DC یا شبیهساز آرایه PV
- اینورتر تحت آزمون
- شبکه AC یا شبیهساز شبکه
- بارهای RLC
- تجهیزات اندازهگیری ولتاژ، جریان، توان و زمان قطع
- کلید قطع شبکه برای ایجاد شرایط جزیرهای
نقش بار RLC در آزمون IEC 62116
یکی از بخشهای مهم آزمون IEC 62116 استفاده از بار RLC است. این بار طوری تنظیم میشود که شرایط نزدیک به تعادل بین تولید اینورتر و مصرف بار ایجاد شود.
چرا این موضوع مهم است؟
زیرا تشخیص جزیرهایشدن زمانی دشوارتر میشود که:
- توان اکتیو تولیدی اینورتر تقریباً با توان اکتیو بار برابر باشد
- توان راکتیو اینورتر و بار نیز تقریباً متعادل باشند
- ولتاژ و فرکانس پس از قطع شبکه خیلی سریع از محدوده مجاز خارج نشوند
به این ناحیه، معمولاً ناحیه عدم تشخیص یا NDZ – Non-Detection Zone گفته میشود. IEC 62116 تلاش میکند اینورتر را در شرایطی تست کند که احتمال عدم تشخیص Islanding بیشتر است.
پارامترهای مهم در آزمون
در آزمون IEC 62116، معمولاً پارامترهای زیر بررسی یا کنترل میشوند:
- توان خروجی اینورتر
- ولتاژ و فرکانس شبکه
- توان اکتیو بار
- توان راکتیو بار
- کیفیت فاکتور یا تنظیمات بار RLC
- مدت زمان باقیماندن اینورتر در وضعیت جزیره
- زمان قطع اینورتر پس از قطع شبکه
- رفتار اینورتر در سطوح مختلف توان خروجی
معیار قبولی در IEC 62116
معیار اصلی قبولی این است که اینورتر پس از ایجاد شرایط جزیرهای، در زمان مجاز قطع شود و تغذیه شبکه جداشده را ادامه ندهد.
به بیان ساده، اینورتر باید:
- قطع شبکه را تشخیص دهد
- خروجی AC خود را قطع کند یا تزریق توان را متوقف کند
- در مدت زمان تعیینشده توسط استاندارد/الزامات اتصال به شبکه از مدار خارج شود
- پس از قطع، رفتار ایمن داشته باشد
مدت زمان مجاز قطع ممکن است بسته به استانداردهای مکمل، مقررات اتصال به شبکه و الزامات کشور یا شرکت برق متفاوت باشد.
ارتباط IEC 62116 با سایر استانداردهای PV
IEC 62116 معمولاً در کنار استانداردهای دیگر استفاده میشود، مانند:
- IEC 62109-1 و IEC 62109-2 برای ایمنی مبدلها و اینورترهای PV
- IEC 61727 برای مشخصات اتصال سیستمهای PV به شبکه توزیع
- استانداردها و Grid Codeهای ملی برای شرایط ولتاژ، فرکانس، توان راکتیو و زمانهای قطع
- استانداردهای آزمون EMC و کیفیت توان در صورت نیاز
بنابراین IEC 62116 بهتنهایی تمام الزامات اتصال به شبکه را پوشش نمیدهد؛ بلکه تمرکز اصلی آن روی روش آزمون جلوگیری از جزیرهایشدن است.
کاربرد IEC 62116 در پروژههای خورشیدی
این استاندارد برای ذینفعان مختلف اهمیت دارد:
سازندگان اینورتر
برای طراحی و اعتبارسنجی الگوریتمهای anti-islanding و دریافت گواهی محصول.
آزمایشگاههای تست
برای اجرای آزمونهای یکنواخت و قابل تکرار روی اینورترهای PV.
شرکتهای برق و نهادهای تنظیمگر
برای اطمینان از اینکه اینورترهای متصل به شبکه، هنگام قطع شبکه، خطر ایمنی ایجاد نمیکنند.
پیمانکاران EPC و مشاوران
برای انتخاب اینورترهایی که دارای گواهی معتبر anti-islanding هستند و قابلیت اتصال ایمن به شبکه را دارند.
بهرهبرداران نیروگاههای خورشیدی
برای اطمینان از عملکرد ایمن اینورترها در زمان خطا، تعمیرات یا قطع شبکه.
نکات مهم اجرایی
- داشتن قابلیت anti-islanding یکی از الزامات کلیدی اینورترهای متصل به شبکه است.
- تست IEC 62116 معمولاً در محیط آزمایشگاهی و با بارهای کنترلشده انجام میشود.
- عملکرد ضد جزیرهایشدن فقط یک موضوع نرمافزاری نیست؛ طراحی سختافزار، کنترل، حفاظت و خروجی AC هم در آن نقش دارد.
- شرایط نزدیک به تعادل بار و تولید، سختترین حالت برای تشخیص Islanding است.
- در پروژههای واقعی، علاوه بر گواهی IEC 62116 باید الزامات شرکت برق و کد شبکه محلی نیز بررسی شود.
- این استاندارد بیشتر به روش آزمون میپردازد، نه طراحی کامل سیستم حفاظت شبکه.
جمعبندی
استاندارد IEC 62116 مرجع مهمی برای آزمون عملکرد جلوگیری از جزیرهایشدن در اینورترهای فتوولتائیک متصل به شبکه است. این استاندارد روش تستی ارائه میکند که نشان میدهد آیا اینورتر هنگام قطع شبکه، بهموقع و ایمن از مدار خارج میشود یا خیر.
اهمیت این استاندارد در آن است که از خطراتی مانند برقگرفتگی کارکنان شبکه، آسیب تجهیزات، ناهماهنگی حفاظتی و بازوصل ناایمن جلوگیری میکند. به همین دلیل، IEC 62116 یکی از الزامات مهم در ارزیابی، گواهیکردن و انتخاب اینورترهای خورشیدی متصل به شبکه محسوب میشود.