Victron Microgrid

Модуль­ная архи­тектура

Роман Рубанович

Victron Energy пред­ла­гает новую архи­тек­туру «Microgrid» для созда­ния и рас­ши­ре­ния авто­ном­ных систем.

Раньше для неболь­шой одно­фаз­ной системы мы исполь­зо­вали один инвер­тор/чар­джер MultiPlus или Quattro. Для трёх­фаз­ной — три инвер­тора, по одному на каждую фазу. Если тре­бо­ва­лось больше мощ­но­сти — уста­нав­ли­вали несколько инвер­то­ров парал­лельно на каждой фазе и через интер­фейс VE.Bus объ­еди­няли их в единую син­хронно рабо­та­ю­щую систему.

У такого под­хода есть несколько огра­ни­че­ний:

1. Максималь­ная про­дол­жи­тель­ная мощ­ность одной авто­ном­ной системы Victron состав­ляет на данный момент 180 kV·A (около 144 kW) в трёх­фаз­ной кон­фи­гу­ра­ции и 75 kV·A (около 60 kW) — в одно­фаз­ной.
2. Система с боль­шим коли­че­ством инвер­то­ров тех­ни­че­ски сложна и дорога. Параллель­ные блоки тре­буют сим­мет­рич­ных AC и DC линий для рав­но­мер­ного рас­пре­де­ле­ния токов.
3. Все инвер­торы в одной системе VE.Bus должны быть одного типа и с оди­на­ко­вой вер­сией про­шивки. Они рабо­тают с общей бата­рей­ной систе­мой, что огра­ни­чи­вает выбор обо­ру­до­ва­ния при рас­ши­ре­нии.
4. Даже оди­на­ко­вые модели из разных про­из­вод­ствен­ных реви­зий могут отли­чаться по внут­рен­нему сопро­тив­ле­нию, как и новые инвер­торы по срав­не­нию с уже пора­бо­тав­шими. Из-за этого нагрузка между парал­лель­ными бло­ками может рас­пре­де­ляться нерав­но­мерно.
5. Для боль­шого коли­че­ства инвер­то­ров, бата­рей, шин и защит­ной аппа­ра­туры тре­бу­ется доста­точно про­стор­ное тех­ни­че­ское поме­ще­ние. На суще­ству­ю­щем объ­екте доступ­ное про­стран­ство может быть огра­ни­чено.
6. Добавле­ние инвер­то­ров в рабо­та­ю­щую систему может потре­бо­вать полной пере­делки AC и DC части, если рас­ши­ре­ние не было преду­смот­рено при пер­во­на­чаль­ном про­ек­ти­ро­ва­нии.
7. Все инвер­торы внутри системы VE.Bus рабо­тают как единое целое. Если один из них выйдет из строя, оста­но­вится весь кла­стер, даже если осталь­ные инвер­торы пол­но­стью исправны.

ⓘ Теперь доступна модуль­ная архи­тек­тура Microgrid, в кото­рой несколько отдель­ных авто­ном­ных систем рабо­тают парал­лельно на общей шине пере­мен­ного тока.

Victron условно назы­вает каждую такую систему Power Bank. В данном кон­тек­сте Power Bank — это пол­но­цен­ная авто­ном­ная система, вклю­ча­ю­щая один или несколько инвер­то­ров/чар­дже­ров, соб­ствен­ную бата­рею, DC-рас­пре­де­ле­ние и источ­ники зарядки. Для мони­то­ринга и управ­ле­ния может исполь­зо­ваться соб­ствен­ное GX устрой­ство.

Внутри Power Bank сохра­ня­ется обыч­ная архи­тек­тура Victron. Система может быть одно­фаз­ной или трёх­фаз­ной и вклю­чать несколько парал­лель­ных инвер­то­ров на каждой фазе.

Но разные Power Bank не соеди­ня­ются по VE.Bus и не имеют общей DC-шины. Поэтому они могут раз­ли­чаться по мощ­но­сти, коли­че­ству инвер­то­ров, ёмко­сти бата­рей и источ­ни­кам зарядки, а также нахо­диться в разных тех­ни­че­ских поме­ще­ниях или отдель­ных кон­тей­не­рах.

Для сов­мест­ной работы отдель­ная линия связи между ними не тре­бу­ется. Достаточно под­клю­чить их к общей AC-шине.

Нагрузка между раз­ными Power Bank рас­пре­де­ля­ется авто­ма­ти­че­ски, без цен­траль­ного кон­трол­лера и обмена дан­ными. Для этого Victron исполь­зует алго­ритм Hybrid Droop — свою реа­ли­за­цию широко при­ме­ня­е­мого метода droop control.

При уве­ли­че­нии актив­ной нагрузки частота общей AC-шины немного сни­жа­ется, и каждый Power Bank уве­ли­чи­вает выда­ва­е­мую актив­ную мощ­ность (P-f Droop). Реактив­ная мощ­ность ана­ло­гич­ным обра­зом рас­пре­де­ля­ется через изме­не­ние напря­же­ния (Q-U Droop).

При оди­на­ко­вых настрой­ках более мощные системы при­ни­мают на себя про­пор­цио­нально боль­шую часть нагрузки. Неболь­шие откло­не­ния частоты и напря­же­ния явля­ются нор­маль­ной частью регу­ли­ро­ва­ния.

Главная прак­ти­че­ская польза новой архи­тек­туры — поэтап­ное нара­щи­ва­ние мощ­но­сти авто­ном­ного объ­екта. Уже рабо­та­ю­щая система может стать первым Power Bank, к кото­рому позже добав­ля­ются другие. На данный момент в одну Microgrid можно объ­еди­нить Power Bank общей мощ­но­стью до 400 kW.

Каждый Power Bank оста­ётся само­сто­я­тель­ной систе­мой. Его можно отдельно запу­стить, отклю­чить для обслу­жи­ва­ния или заме­нить. Если один Power Bank оста­но­вится, осталь­ные про­дол­жат питать нагрузку, пока их сум­мар­ной мощ­но­сти и запаса энер­гии будет доста­точно.

Такая архи­тек­тура может быть полезна для уда­лён­ных объ­ек­тов, про­из­водств с авто­ном­ным элек­тро­пи­та­нием, ферм, стро­и­тель­ных пло­ща­док, фести­ва­лей и кон­цер­тов, а также мобиль­ных кон­тей­нер­ных энер­го­си­стем.

Например, ком­па­ния по аренде энер­ге­ти­че­ского обо­ру­до­ва­ния может ком­би­ни­ро­вать разное коли­че­ство одно­тип­ных кон­тей­не­ров Power Bank в зави­си­мо­сти от тре­бу­е­мой мощ­но­сти.

Особен­но­сти архи­тек­туры

Архитек­тура Microgrid пред­на­зна­чена только для авто­ном­ной работы. Общая AC-шина фор­ми­ру­ется самими Power Bank для сов­мест­ной работы и пита­ния нагру­зок. Подклю­чать к ней напря­мую внеш­нюю элек­три­че­скую сеть, гене­ра­тор пере­мен­ного тока, сете­вой PV инвер­тор или другие AC источ­ники нельзя.

Каждый Power Bank должен иметь соб­ствен­ные источ­ники зарядки: MPPT кон­трол­леры с DC-coupled PV, DC гене­ра­тор либо отдель­ное заряд­ное устрой­ство, пита­е­мое от внеш­ней сети или AC гене­ра­тора.

SoC (State of Charge) бата­рей в отдель­ных Power Bank авто­ма­ти­че­ски не вырав­ни­ва­ется. Со вре­ме­нем его зна­че­ния будут раз­ли­чаться в зави­си­мо­сти от мощ­но­сти и зате­не­ния PV мас­си­вов, ёмко­сти и состо­я­ния бата­рей, а также других пере­мен­ных пара­мет­ров.

Если один Power Bank раз­ря­дится раньше осталь­ных, он отклю­чится от общей шины, а его нагрузку примут остав­ши­еся системы.

Victron реко­мен­дует орга­ни­зо­вать зарядку так, чтобы хотя бы один Power Bank сохра­нял воз­мож­ность при­ни­мать избы­точ­ную энер­гию и не дости­гал пол­ного заряда одновре­менно с осталь­ными.

Если бата­реи всех Power Bank пол­но­стью заря­жены, а источ­ники зарядки про­дол­жают выра­ба­ты­вать энер­гию, на AC-шине необ­хо­димо под­дер­жи­вать посто­ян­ную нагрузку не менее 2% от сум­мар­ной номи­наль­ной актив­ной мощ­но­сти систем. Иначе между Power Bank могут воз­ник­нуть цир­ку­ли­ру­ю­щие пере­токи мощ­но­сти.

Это тре­бо­ва­ние дей­ствует только во время актив­ной зарядки, когда напря­же­ние всех бата­рей при­бли­жа­ется к напря­же­нию Float или пре­вы­шает его. Пока бата­реи не пол­но­стью заря­жены, они сами при­ни­мают избы­точ­ную энер­гию.

Отдельно нужно учи­ты­вать схему под­клю­че­ния:

❗Если в Power Bank нет парал­лель­ных инвер­то­ров на одной фазе, общая шина Microgrid под­клю­ча­ется к AC-IN, а AC-OUT не исполь­зу­ется.

Для модели Quattro (с двумя вхо­дами пере­мен­ного тока) в этом случае при­ме­ня­ется AC-IN-2.

Если же на одной фазе несколько инвер­то­ров рабо­тают парал­лельно, исполь­зу­ется External Transfer Switch, а сило­вое под­клю­че­ние выпол­ня­ется через AC-OUT.

Резюме

Microgrid — это отдель­ный способ постро­е­ния авто­ном­ной системы со своими пра­ви­лами про­ек­ти­ро­ва­ния, запуска и защиты.

На мой взгляд, глав­ная цен­ность Victron Microgrid заклю­ча­ется не столько в уве­ли­че­нии мак­си­маль­ной мощ­но­сти до 400 kW, сколько в воз­мож­но­сти стро­ить боль­шие авто­ном­ные системы из неза­ви­си­мых моду­лей.

Такой объект можно рас­ши­рять посте­пенно, без объ­еди­не­ния всего обо­ру­до­ва­ния в один слож­ный кла­стер и полной пере­делки уже рабо­та­ю­щей системы. Для част­ного дома эта архи­тек­тура в боль­шин­стве слу­чаев не нужна, но для круп­ных, рас­пре­де­лён­ных и кон­тей­нер­ных авто­ном­ных объ­ек­тов она откры­вает новые воз­мож­ности.