Victron Microgrid

Модуль­ная архи­тектура

Роман Рубанович

Victron Energy пред­став­ляет новую кон­цеп­цию «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 тре­бо­ва­лась боль­шая мощ­ность, несколько инвер­то­ров соеди­ня­лись парал­лельно на каждой фазе и кон­фи­гу­ри­ро­ва­лись как один боль­шой вир­ту­аль­ный инвер­тор.

У такой архи­тек­туры есть несколько огра­ни­че­ний:

1. Максималь­ная про­дол­жи­тель­ная мощ­ность одной авто­ном­ной системы Victron состав­ляет 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 оди­на­ко­вой длины, типа и сече­ния, общей DC-шины и пра­виль­ного рас­пре­де­ле­ния боль­ших токов.
3. Все инвер­торы внутри одной VE.Bus-системы должны быть оди­на­ко­вого типа и иметь сов­ме­сти­мые версии про­шивки. Они рабо­тают с общей бата­рей­ной систе­мой, что огра­ни­чи­вает выбор обо­ру­до­ва­ния при рас­ши­ре­нии.
4. Даже оди­на­ко­вые модели из разных про­из­вод­ствен­ных реви­зий, а также новые и уже рабо­тав­шие инвер­торы могут немного отли­чаться по внут­рен­нему сопро­тив­ле­нию и нерав­но­мерно рас­пре­де­лять нагрузку.
5. Для боль­шого коли­че­ства инвер­то­ров, бата­рей, шин и защит­ной аппа­ра­туры тре­бу­ется соот­вет­ству­ю­щее тех­ни­че­ское поме­ще­ние, раз­меры кото­рого на суще­ству­ю­щем объ­екте могут быть огра­ни­чены.
6. Добавле­ние инвер­то­ров в рабо­та­ю­щую систему может потре­бо­вать полной пере­делки AC и DC части, если рас­ши­ре­ние не было преду­смот­рено при пер­во­на­чаль­ном про­ек­ти­ро­ва­нии.

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

Victron 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, источ­ники зарядки и обычно отдель­ное GX устрой­ство для мони­то­ринга.

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 им не нужна отдель­ная линия связи — доста­точно под­клю­че­ния к общей AC-шине.

Все Power Bank авто­ма­ти­че­ски рас­пре­де­ляют между собой нагрузку без цен­траль­ного кон­трол­лера и обмена дан­ными. Для этого Victron исполь­зует алго­ритм Hybrid Droop control — 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; рас­пре­де­ле­ние реак­тив­ной мощ­но­сти ана­ло­гич­ным обра­зом регу­ли­ру­ется через изме­не­ние напря­же­ния. При оди­на­ко­вых настрой­ках более мощные системы при­ни­мают на себя про­пор­цио­нально боль­шую часть нагрузки, а неболь­шие откло­не­ния частоты и напря­же­ния явля­ются нор­маль­ной частью регу­ли­ро­ва­ния.

Главная прак­ти­че­ская польза новой архи­тек­туры — воз­мож­ность посте­пенно уве­ли­чи­вать мощ­ность авто­ном­ного объ­екта. Работа­ю­щая система может стать первым Power Bank, к кото­рому позже добав­ля­ются второй и третий. Суммар­ная мощ­ность Microgrid может дости­гать 400 kW.

При этом не нужно объ­еди­нять все инвер­торы и бата­реи в один боль­шой кла­стер. Каждый Power Bank оста­ётся само­сто­я­тель­ной систе­мой, кото­рую 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, авто­ном­ных про­из­водств, ферм, стро­и­тель­ных пло­ща­док, вре­мен­ных меро­при­я­тий и кон­тей­нер­ных энер­ге­ти­че­ских уста­но­вок. Например, ком­па­ния по аренде энер­ге­ти­че­ского обо­ру­до­ва­ния может объ­еди­нять стан­дарт­ные кон­тей­неры Power Bank в разных коли­че­ствах в зави­си­мо­сти от тре­бу­е­мой мощ­но­сти.

Microgrid пред­на­зна­чен только для авто­ном­ной работы. Общая AC-шина фор­ми­ру­ется самими Power Bank и исполь­зу­ется для их объ­еди­не­ния и пита­ния нагру­зок. Подклю­чать к ней обще­ствен­ную сеть, гене­ра­тор, сете­вой PV инвер­тор или другой источ­ник, фор­ми­ру­ю­щий AC-шину, 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 гене­ра­тора. Автома­ти­че­ского вырав­ни­ва­ния SoC между бата­ре­ями разных Power Bank не про­ис­хо­дит.

Со вре­ме­нем состо­я­ния заряда будут раз­ли­чаться из-за мощ­но­сти и зате­не­ния PV мас­си­вов, ёмко­сти и состо­я­ния бата­рей, а также исто­рии нагрузки отдель­ных систем. Если один Power Bank раз­ря­дится раньше осталь­ных, он отклю­чится от общей шины, а его нагрузку примут остав­ши­еся системы.

При завер­ше­нии зарядки нужно учи­ты­вать ещё одну осо­бен­ность. Victron пред­ла­гает настро­ить зарядку так, чтобы хотя бы одна бата­рея всегда оста­ва­лась ниже пол­ного заряда и могла при­ни­мать энер­гию. Если бата­реи всех Power Bank одновре­менно дости­гают пол­ного заряда и зарядка про­дол­жа­ется, 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.

Требова­ние 2% дей­ствует только при актив­ной зарядке, когда напря­же­ние всех бата­рей при­бли­жа­ется к напря­же­нию Float или пре­вы­шает его. При непол­ном заряде бата­реи сами при­ни­мают избы­точ­ную энер­гию.

Отдельно нужно учи­ты­вать схему под­клю­че­ния:

Общая шина Microgrid под­клю­ча­ется к AC-IN инвер­то­ров/чар­дже­ров, в то время как AC-OUT в этой кон­фи­гу­ра­ции не исполь­зу­ется.

Для модели Quattro (с двумя вхо­дами пере­мен­ного тока) при­ме­ня­ется вход AC-IN-2. Таким обра­зом, 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.

Теперь рас­ши­ре­ние объ­екта можно выпол­нять посте­пенно, без объ­еди­не­ния всего обо­ру­до­ва­ния в один слож­ный кла­стер и полной пере­делки уже рабо­та­ю­щей системы. Для част­ного дома такая архи­тек­тура в боль­шин­стве слу­чаев не нужна, но для круп­ных, рас­пре­де­лён­ных и кон­тей­нер­ных авто­ном­ных объ­ек­тов она откры­вает инте­рес­ные воз­мож­ности.