Острівкування

Пасивні методи включають багато систем, які намагаються визначити перехідні зміни у мережі, і використовують цю інформацію, як базу, як вірогідне визначення того, чи потерпіла невдачу мережа, чи деяка інша умова привела до тимчасової зміни.

Згідно закону Ома, напруга в електричному колі є функцією електричного струму(поставка електронів) і прикладеним навантаженням(опором. У випадку переривання мережі, струм, що постачається місцевим джерелом, навряд буде відповідати навантаженню так добре, щоб мати можливість підтримувати постійну напругу. Система з періодичними зразками напруги і переглядом раптових змін може бути використана для виявлення несправного стану[12].

Визначення «під/над» напруги є, зазвичай, простою справою, для впровадження в мережно - інтерактивні інвертори, бо основна функція інверторів повинна відповідати стану мережі, включаючи напругу. Це означає, що всі мережно інтерактивні інвертори, при необхідності, потребують схеми виявлення змін. І все, що потрібно, - алгоритм виявлення раптових змін. Проте, раптові зміни в напрузі є звичним явищем у мережі, оскільки навантаження прикладається і забирається, і таким чином, поріг має бути використано, щоб уникнути фальшивих роз’єднань[13].

Умови, які призводять до "не виявлення" з цим методом є величезними, такі системи беруться разом з іншими системами визначення острівкування[14].

Частота енергії, яка постачається в мережу є функцією поставки, однією з тих, якій інвертори повинні ретельно відповідати. Коли джерело мережі втрачене, частота енергії падає до природної резонансної частоти на колі «острівка». Пошук змін в цій частоті, як з напругою, є простим впровадженням використання потрібної функціональності, і з цієї причини більшість всіх інверторів також слідкують за помилковими умовами, з використання цього методу.

На відміну від змін у напрузі, взагалі вважають дуже малоймовірним, що у випадкового кола може бути природна частота, так само як і в енергетичної мережі. Проте, багато пристроїв свідомо синхронізують з мережною частотою, як телевізори. Двигуни, в особливості, можуть бути в змозі забезпечити сигнал, як буде в межах ЗНВ протягом деякого часу, оскільки вони "згорнуті". Комбінація зрушень напруги і частоти все ще призводить до ЗНВ, яку не вважають відповідним всьому[15].

У навантаження, зазвичай, є коефіцієнти потужності, які не є ідеальними, що означає, що воно не приймає напругу з мережі ідеально, а трохи їй перешкоджає. У інверторів зв’язку мережі, по визначенню, є коефіцієнти потужності рівні 1. Це може привести до змін в фазі, коли мережа «впаде», чим й можна скористатись для виявлення острівкування.

Інвертори, взагалі-то, відслідковують сигнал фази мережі, використовуючи фазу захоплення петлі(ФЗП), деякого вигляду. ФЗП залишається в синхронізації з сигналом мережі, відслідковуючи коли сигнал пересіче позначку в 0 вольт. Між цими подіями, система, на ділі, "тягне" синусоїдальний вихід, змінюючи поточну продуктивність, щоб привести у відповідну форму хвилю напруги. Коли мережа відключиться, коефіцієнт потужності раптово змінюється від мережі(1) до навантажень(~1). Оскільки коло все ще забезпечує струм, який виробив рівну вихідну напругу, отриману відомими навантаженнями, то ця умова приведе до раптової зміни в напрузі. До того часу, хвильова форма завершена і повернена до нуля, а сигнал не збігається[15].

Головною перевагою для цього підходу є те, що зрушення в фазі відбудеться, навіть якщо навантаження точно буде відповідати поставці з точки зори закону Ома, - ФЗП засновано на коефіцієнтах потужності острівця, які дуже рідко становлять 1. Іншою стороною є те, що багато загальних подій, як запуск мотора, також викликають стрибки фази, оскільки нові опори додані до кола. Це змушує систему використовувати відносно більші пороги, зменшуючи її ефективність[16].

Навіть з такими шумними джерелами, як мотори, повне спотворення гармоніки (ПСГ) з’єднаного з мережею кола, взагалі незмірне, через надмірно безкінечну властивість мережі, яка фільтрує такі події. Інвертори, з іншого боку, зазвичай, є набагато більше спотворені, за 5%е ПСГ. Це функція їх побудови, деяке ПСГ є природним, побічним ефектом кола електропостачання режимів переключення, на яких заснована більшість інверторів[17].

Таким чином, коли мережа від’єднується, ПСГ місцевого кола, відповідне рівню одного з інверторів. Це забезпечує дуже безпечний метод виявлення острівкування, бо немає взагалі ніяких інших джерел ПСГ, які відповідали б ПСГ інвертора. Додатково, взаємодія в межах самих інверторів, особливо трансформаторів, має нелінійні ефекти, які виробляють унікальні другу і третю гармоніки, які можна легко виміряти[17].

Недолік цього підходу полягає в тому, що деякі навантаження можуть відфільтровувати спотворення, таким же чином це намагатиметься зробити й інвертор. Якщо цей ефект фільтрації є достатньо сильним, це може зменшити ПСГ нижче порогу, що повинне викликати "виявлення". Системи без трансформаторів "в середині" точки роз’єднання зроблять виявлення більш важким. Проте, велика проблема полягає в тому, що сучасні інвертори намагаються зменшити ПСГ якнайбільше, в деяких випадках до невимірних меж[17].

Активні методи, зазвичай, намагаються виявити помилку мережі шляхом введення крихітних сигналів на лінію, і тоді дізнатись чи немає в сигналі змін.

ВПО намагається виміряти повний опір кола, який живиться інвертором. Воно робить це, трішки "перенапружуючи" амплітуду струму через цикл змінного струму, подаючи надто багато струму у визначений термін. Зазвичай, це не мало б ніякого ефекту на виміри напруги, оскільки мережа - ефективно, безкінечно жорстке джерело напруги. У випадку відключення, навіть маленьке перенапруження призвело б до значної зміни напруги, цим виявляючи острівкування[18].

Головне перевага цього методу полягає в тому, що в нього є можливість зникнення малої не "виявної зони", для будь-якого одного інвертора. Проте, інверсія – є також головною слабкістю даного методу. У випадку багатьох інверторів, кожен би посилав дещо інший сигнал в лінію, приховуючи ефекти на іншому інверторі. Можна розглянути проблему зв’язку між інверторами, щоб гарантувати, щоб вони посилали схожий графік, проте не однорідна установка(багатократні установки на одиничній гілці) стає, практично, важкою й неможливою. Метод працює тільки якщо мережа безкінечна, і багато реальних зв’язків мережі слабо відповідають цьому критерію[18].

Хоча ця методологія схожа до Вимірювання повного опору, цей метод, також відомий як "гармонічний скачок амплітуди", і фактично, ближчий до методу Визначення гармонік. В цьому випадку інвертор свідомо вводить гармоніку на даній частоті, і як у випадку Вимірювання Повного Опору, очікує сигнал з мережі, щоб поглинути його, поки мережа потерпить невдачу. Як і Визначення гармонік, сигнал може бути відфільтрованим у реальному колі[19].

Це один із найновіших методів виявлення острівкування, і в теорії, один із найкращих. Він заснований на примусі фази на виході інвертора бути трішки розрегульованою, очікуючи, щоб мережа поглинула цей сигнал. Система опирається на дії точно налаштованої замкнутої на фазі петлі, щоб стати непостійною коли сигнал у мережі відсутній. В цьому випадку фаза захоплення петлі намагатиметься налаштувати сигнал під себе, який побудований, щоб продовжувати дрейфувати. У випадку невдачі у мережі, система буде дрейфувати далеко від задуманої частоти, в кінцевому випадку змушуючи інвертор відключитись[20].

Основною перевагою цього методу є те, що він може бути впроваджений з використанням схеми, яка вже існує в інверторі. Основним недоліком, є те, що він вимагає, щоб інвертор завжди був трохи асинхронний з мережею, із зниженим коефіцієнтом потужності. Зазвичай, система зменшує "не виявні зони" і швидко відключається, але відомо, що є деякі навантаження, які будуть реагувати на компенсацію виявлення[20].

Зміщення частоти викликає дещо поза частотний сигнал в мережу, але "встановлює" його в кінці кожного циклу, "стрибаючи" назад у фазу, коли напруга передає 0. Це створює сигнал, подібний Режиму ковзання, але коефіцієнт потужності залишається ближчим до того що в мережі, і перезавантажує себе кожний цикл. Крім того, сигнал менш вірогідно буде відфільтрований відомими навантаженнями. Головна незручність - це те, що кожний інвертор повинен бути відповідним до зміщення сигналу до нуля, в тій же точці циклу, так би мовити пересікатись з нулем, інакше різні інвертори будуть викликати сигнал в різних напрямках і фільтрувати його[21].

Є численні можливі варіації до цієї основної схеми. Версія Частотного Стрибку, також відома як "метод зебри", вставляє перенапруження тільки на певному числі циклів у встановленому екземплярі. Це різко зменшує шанс, що зовнішнє коло може відфільтрувати сигнал. Ця перевага зникає з наявністю багатьох інверторів, якщо не використовується деякий спосіб синхронізації екземплярів[22].

Електростанція також має багато методів, доступних їй, щоб змусити виключити системи, у випадку невдачі.

Найменші підключення генератора потребують механічно роз’єднати перемикачі, таким чином, як мінімум, станція могла б відправити ремонтника, щоб натиснути їх усіх. Для дуже великих джерел, можна було б просто встановити виділений екстрений телефонний зв'язок, з допомогою якого оператор вручну б виключав генератор. У будь-якому випадку, час реагування, вірогідно, буде порядку кількох хвилин чи годин.

Ручне роз’єднання може бути автоматизовано з допомогою послань з мережі, чи з вторинних джерел. Для прикладу, потужність лінії зв’язку носія може бути встановлена в усі інвертори, що періодично перевіряють сигнал з станції і від’єднуються або по команді, або якщо сигнал зникає за фіксований час. Такі системи були б дуже надійними, але дорогими[23][24].

Якщо станція може обґрунтовано гарантувати, що у них завжди буде метод для того, щоб виявити помилку, чи що буде автоматизований чи простий розгляд повторного включення, - то це можливо для станції, що використовує інформацію і передає її по лінії. Вона може бути використана для примусового відключення обладнання системи розподілених генераторів належним чином, свідомо викликаючи серію повторних замикань в мережі, щоб змусити систему розподілених генераторів бути ізольованою, у випадку коли форсування буде поза "не виявною зоною"[25].

Цей метод може гарантувати роботу, але вимагатиме, щоб мережа була обладнана автоматичними системами повторного замикання і зовнішніми комунікаційними системами, які гарантуватимуть, що сигнал робитиме це через повторне замикання.

Зв’язне поняття повинно свідомо змушувати ділити мережу за умови, яка гарантує що система розподілених генераторів буде роз’єднана. Це схоже до Методу передачі подорожі, але використовує активні системи в головних вузлах станції, як противагу покладанню на топологію мережі.

Простим прикладом є великий банк конденсаторів, які додаються до гілки, негативно заряджених і зазвичай роз’єднаних перемикачем. У випадку невдачі, конденсатори переключаються в гілку станції після короткої затримки. Це може бути легко досягнуто через автоматичні засоби в точці розподілення. Конденсатори можуть тільки постачати струм протягом певного періоду, гарантуючи, що початковий і кінцевий імпульс, який вони постачають, буде дійсно змінено до подорожі інверторами[26].

Здається, немає ніякої "зони не виявлення" для цього методу анти-острівкування. Його головне незручність – ціна, набір конденсаторів має бути достатньо великим, щоб викликати зміни в напрузі, які можна буде виявити, і це є функцією кількості навантаження на гілці. В теорії, потрібно дуже великий набір, якому, рахунок станції навряд чи зможе сприяти[27].

Захист від анти-острівкування може бути покращеним з допомогою системи SCADA, уже широко використовуваної на ринку електростанцій. Для прикладу, може бути поданий тривожний сигнал, якщо система SCADA виявить напругу на лінії, де як відомо, буде помилка. Це не зачіпає системи анти-острівкування, але може дозволити будь-якій системі, із перелічених вище, швидко це впровадити.