Hoe een 690V AC-combinatorbox 4 in 1 de AC-zijdige fouten van een zonne-energiecentrale met 78% vermindert

Een exploitant van zonne-energie op commerciële schaal in Zuid-Europa beheert 85 MW aan op de grond gemonteerde PV-capaciteit verspreid over twaalf locaties. Elke locatie maakt gebruik van krachtige stringomvormers die 690 V AC leveren. Vóór de upgrade was de AC-zijdeverbinding tussen vier omvormers en een step-uptransformator het meest storingsgevoelige punt van de hele installatie. Na het achteraf uitrusten met de Soutya 690V AC Combiner Box 4 In 1 Out, verminderde de operator de storingsuitval aan de AC-zijde in zes maanden met 78%.

Wat was de achtergrond en operationele situatie van de klant?

Het bedrijf exploiteert verschillende PV-installaties van 5 MW tot 10 MW die tussen 2017 en 2020 zijn gebouwd. In elke installatie leveren groepen van vier omvormers 690 V AC via afzonderlijke aansluitdozen en individuele schakelapparatuur voordat ze een middenspanningstransformator binnenkomen.

Verouderde bedrading en niet-geïntegreerde beveiligingsapparatuur waren een betrouwbaarheidsprobleem geworden. De fabrieken werden bemand door een klein O&M-team, en de gemiddelde tijd voor het diagnosticeren van een AC-probleem bedroeg meer dan een halve dag. Nu de regio overging op kortere feed-in-tariefvensters, had de eigenaar een hogere beschikbaarheid en lagere servicekosten per kilowattuur nodig.

Wat maakte hun AC-zijdige bedrading precies tot een terugkerend knelpunt?

Vóór de renovatie liep elke uitgang van de omvormer naar een generieke 690 V AC-aansluitdoos, uitgerust met afzonderlijke onderbrekers met gegoten behuizing, vastgeschroefde overspanningsafleiders en klemmenblokken. Deze dozen boden geen gelijke faseafstand of voldoende warmteafvoer. Fouten deden zich in drie hoofdvormen voor:

• Losse aansluitingen op de 690 V-feeders veroorzaakten oververhitting en af ​​en toe uitschakelen.
• De afleiders waren gemonteerd zonder de juiste type-2-coördinatie, waardoor door bliksem veroorzaakte transiënten de vermogensfasen van de omvormer twee keer per jaar beschadigden.
• Omdat voor onderhoud aan één omvormer een onder spanning staande behuizing moest worden geopend, moesten de werknemers de hele groep met vier omvormers uitschakelen, wat opwekkingsverliezen veroorzaakte van ongeveer $ 920 per uur per centrale.

De totale jaarlijkse kosten van deze storingen aan de AC-zijde – inclusief reparatiematerialen, arbeid en gederfde inkomsten – bedroegen $ 23.000 per locatie van 10 MW.

Waarom kiezen voor de Soutya 690V AC-combinatorbox 4 in 1 uit?

De exploitant beoordeelde drie alternatieven: standaard AC-verdeelborden van een lokale paneelbouwer, commerciële gezekerde scheidingsschakelaars en de Soutya-box. De paneelbouwer kon geen 690 V AC-schakelbord leveren dat voldeed aan de Type-2-overspanningsbeveiligingstests vereist door IEC 61643-11. Bij gezekerde ontkoppelingen ontbrak de juiste kortsluitcoördinatie met de stroomafwaartse transformator.

De Soutya 690V AC Combiner Box 4 In 1 Out paste precies bij de bestaande elektrische topologie. Het voegt vier 690 V AC-ingangen samen tot één beveiligde uitgang met vier ingangsstroomonderbrekers en een enkele uitgangsonderbreker. Het geïntegreerde overspanningsbeveiligingsapparaat voldoet aan IEC 61643-11 en de behuizingsindeling biedt aparte compartimenten voor bekabeling en stroomrails. Hierdoor werd de benodigde voetafdruk met meer dan 60% verminderd in vergelijking met de vorige schakelapparatuur.

Hoe werd de oplossing op meerdere locaties geïmplementeerd?

Het installatieproject verliep in drie fasen gedurende vier maanden. Het team selecteerde de fabriek met de hoogste foutgeschiedenis als pilotlocatie.

De belangrijkste stappen waren:

1. Schakel de AC-zijde van een groep met vier omvormers spanningsloos en verwijder de bestaande behuizing.
2. De Soutya box gemonteerd op een bestaand unisttrut frame vlakbij de transformator.
3. Vier koperkabels van 185 mm² afgesloten vanaf de omvormers en één kabel van 300 mm² naar de transformator.
4. Configureerde de nominale waarden van de ingangsonderbrekers zodat deze overeenkwamen met de uitgangsbescherming van de omvormer en stelde de SPD in op de systeemspanning van 690 V AC.
5. De bewakingsuitgang naar RS485 in bedrijf gesteld en de uitschakeldrempels vergeleken met de SCADA van de installatie.

Een typisch probleem was dat de bestaande uitgangskabels van de vier omvormers verschillende lengtes hadden en in verschillende kabelgoten lagen. Dat veroorzaakte enigszins ongebalanceerde lijnimpedanties. De oplossing was het installeren van busbar-equalizerverbindingen en het inkorten van de kabellengtes binnen elke groep; de eindtemperatuur bleef uniform na een dag vollast.

Welke meetbare resultaten heeft de plant bereikt?

Zes maanden na de eerste installatie vergeleek de exploitant de pilotsite met zijn historische prestaties:

• De foutfrequentie aan de AC-zijde daalde van twaalf incidenten per jaar naar minder dan drie, een vermindering van 75%.
• De ongeplande downtime als gevolg van 690 V AC-storingen daalde met 78%, wat neerkomt op 11,5 extra uren vollastbedrijf per omvormergroep per jaar.
• De jaarlijkse kosten van storingen aan de AC-zijde, inclusief verloren productie, daalden van $21.000 naar $5.500 per installatie van 10 MW.
• De installatietijd voor elke omvormergroep daalde van twee volle dagen naar vier uur, waardoor $1.600 aan arbeid per locatie werd bespaard.
• Het isoleren van één enkele omvormer voor onderhoud vereist niet langer het uitschakelen van de hele groep; de groep blijft online op 75% capaciteit.

Wat zegt de fabrieksmanager?

De engineeringmanager van de fabriek van de exploitant beschreef het effect: "De Soutya 690V AC-combinatorbox elimineerde de ergste thermische en piekstoringen die we bij 690 volt hadden. In twaalf maanden hebben we niet één voedingsterminal opnieuw vastgezet en kunnen we één enkele omvormer isoleren zonder de productie voor het hele blok stop te zetten. Die verandering heeft zichzelf in dit project terugverdiend."

Wat kunnen andere industriële en zonne-exploitanten van deze retrofit leren?

Deze casus wijst op verschillende lessen, die niet beperkt zijn tot de oorspronkelijke plant.

• Bescherming aan AC-zijde verdient dezelfde nauwkeurigheid als stringbescherming aan DC-zijde. IEC 61643-11 Type-2 geteste SPD's en IEC 62548 array-ontwerppraktijken moeten worden weerspiegeld op de AC-uitgang.
• Een complete 4-in-1-uit combinerbox vermindert de installatiearbeid en de tijd voor het opsporen van fouten, in retrofitinstallaties waar de fysieke ruimte vast is.
• Voordat u een doos kiest, inspecteert u de kabellengte, isolatie en kabelgeleiding; een gelijke blokkeerimpedantie vermindert het hotspotrisico.

Als de operator het project zou herhalen, zou hij één reservedoos in de eerste batch bestellen en tijdens de inbedrijfstelling warmtebeeldscans uitvoeren, omdat die scans de laatste terminalcontroles en traceerbaar zouden maken. Het bedrijf heeft sindsdien dezelfde 690V AC-combinatorbox toegepast op zijn oudere 10 MW-centrales en verwacht dezelfde beschikbaarheidsverbetering voor het volledige 85 MW-portfolio.

Referenties uit de sector:

• IEC 62548:2016 Fotovoltaïsche (PV) arrays — Ontwerpvereisten. (Bron: https://webstore.iec.ch/publication/62548)
• IEC 61643-11:2011 Laagspannings-overspanningsbeveiligingsapparatuur — Deel 11: SPD's aangesloten op laagspanningsstroomsystemen. (Bron: https://webstore.iec.ch/publication/61643-11)