a TÜV Rheinland Csoport tagja MEEI a TÜV Rheinland Csoport tagja Megújuló Energia Biztonságosan Az inverterek biztonságtechnikai kérdései Energy Summit Hungary Budapest, 08. Október, 2009. Szentpály W. Miklós Vizsgálómérnök Projekt menedzser MEEI Kft. | Budapest

A megújuló energiák az EU-ban és Magyarországon Az Európai Parlament és a Tanács 2009/28/EK irányelve Célok az EU-ban (2020-ig) 20% kötelező összarány a megújuló energiákban 10% a közlekedésben húzó ágazat lehet a gazdaságokban Nemzeti célkitűzések a 20%-os arány tekintetében, méltányosan, a helyi adottságok figyelembe vételével 10% a közlekedésben, kötelezően, minden tagállamban Magyarország 4,3% (2005) 13% (2020), zöldáram vállalás 3,6% (2010) Párhuzamos megfontolások fenntartható energia politika húzó ágazat lehet a gazdaságban / foglalkoztatottság Környezetvédelem üvegházhatású gáz kibocsátás csökkentése (kiotói egyezmény) MEEI Kft. | Budapest

A megújuló energiák felhasználásának folyamata „mindenütt” inverterek Megújuló (környezetbarát) energia forrás: (Víz) Szél generátor – változó feszültség, frekvencia Nap napelem – változó (U, I, P) egyenáram Biomassza váltakozó áram generátor Tüzelőanyag cella változó egyenáram (U, I, P) A keletkező energiát legtöbb esetben villamos energia formájában szállítjuk, osztjuk szét és használjuk fel: 50 Hz-es európai hálózat. Energia forrás >> átalakító >> 1/3 fázisú váltakozó áramú villamos energia Átalakító (villamos energia): Egyenáram >> inverter >> váltakozó áram MEEI Kft. | Budapest

Új eszközök – új kockázatok Az inverterek felépítése és funkcióik Hálózat 230V / 50 Hz PV (Photo voltaic - napelem) panelek: 12 – 1500V transzformátor = = ~ DC / DC konv. Fix fesz. DC / AC konv. 230 - 400V / 50 (60) Hz 3 fázis Követelmények: Biztonság (hagyományos kockázatok – áramütés, tűz stb.) Hálózat: új kockázatok (áramütés a hálózat leállása után) Hálózati/szolgáltatói követelmények: Hálózati jellemzők (áramminőség) Sziget üzem megelőzése µP Inverter MEEI Kft. | Budapest

A biztonsági kockázatok, minőségi, biztonsági elvárások: fogyasztó – hálózat védelme A PV és más inverterek reményeink szerint nagy számban jelennek meg a háztartásokban is Hagyományos kockázatok életben és vagyoni, háztartáson belül (áramütés, tűz, sérülés, elektromos berendezések károsodása stb.) Kiküszöbölése a (PV) inverterekre szabott biztonságtechnikai szabvány Új kockázatok a hálózati üzem miatt Áramütés a háztartáson kívül (nem kívánt „sziget üzem”), a szolgáltató felé Egyéb felkapcsolódási kockázatok Processzoros vezérlés - sw Szolgáltatói elvárások, áramminőség harmonikus tartalom (áramtorzítás) flikker zaj (villogás) frekvencia követés, teljesítmény tényező túlfeszültség, alacsony feszültség, frekvencia kezelése nem kívánt sziget üzem elkerülése EMC elvárások (elektromágneses zavarkeltés és érzékenység) zajsugárzás zaj immunitás Általános Megbízhatóság, jó hatásfok MEEI Kft. | Budapest

Az inverterek biztonságát szabványok szabályozzák: prIEC 62109-1;-2 / prEN 62109-1;-2 – változnak, fejlődnek Általános - „hagyományos” - biztonsági szemlélettel: -1, PV inverterekhez -2, PV inverterek akkumulátor töltővel Érvényességi kör: 1500V DC (PV panelek bemeneti feszültség) 1000V AC (Hálózat, kimeneti feszültség) Kizárva: szél és egyéb forgó gépek? (később várhatóan integrálni fogják….) ….szigetelés ellenőrzés, kúszóáram utak, légközök, IP védettség, földelés, kritikus alkatrészek stb.…. A szabvány e része a „hagyományos” biztonsági kérdéseket tárgyalja, de hogyan kezeli a mikroprocesszorok témakörét? MEEI Kft. | Budapest

A mikrokontroller „néhány” feladata…: A PV panelek feszültségének, áramának mérése Az első DC/DC konverter vezérlése a maximális kivehető teljesítmény érdekében (Maximum Power Point Tracking - MPPT) A hálózati feszültség, áram mérése (3 fázis) A második konverter – inverter - DC/AC vezérlése A hálózati frekvencia folyamatos mérése A hálózati csatlakozás felügyelete - nem kívánt sziget üzem elkerülése - anti islanding A kimeneti áram teljesítményfaktorának és harmonikus tartalmának (THD) kontrollja A kimeneti áram egyenáram tartalmának az ellenőrzése (DC injection) A „lágy indítás” vezérlése Sziget üzem miatti leállás utáni újraindítás …stb …stb. Egy sereg összetett REAL TIME (valós idejű) feladat…. A program (firmware) fejlesztők minden feladatot meg kell oldjanak magas megbízhatósággal – a tesztelő szervezeteknek kell (test report - TR) ellenőrizni a sw biztonság kielégítő szintjét… (IEC 60730) MEEI Kft. | Budapest

prIEC 62109-1;-2 / prEN 62109-1;-2 Az új biztonsági követelmények: Annex B (kötelező) Ha a rendszer processzor vezérelt: az Annex B (prIEC 62109-1) kötelező melléklet hivatkozik az IEC 60730-1 Annex H szabványra: „B.1 Software Or Firmware That Perform Safety Critical Functions”…Protective Controls employing software or firmware to perform their function (s), shall be so constructed that they comply with IEC 60730–1 Annex H to address the risks identified in B2.1. …. B.2.1 Risk Analysis… …i) The software must detect a hardware or software malfunction and place the device in a safe state as indicated per the “Risks Addressed State” definition.” >> Hw/sw biztonsági – megbízhatósági vizsgálatok IEC 60730-1 Annex H (100 old.): hw/sw követelmények: E:\My_Presentation\60730_sample.doc MEEI Kft. | Budapest

Hogyan tudjuk ellenőrizni és megoldani ezeket a feladatokat? Kockázat menedzselés ellenőrzése Hardware kiértékelés Flowchart ellenőrzés, a kockázat kezelés és az inverter funkciói alapján Forrás kód ellenőrzés A firmware beazonosítása (a forrás kód és a beégetett firmware beazonosítása) A fejlesztési eljárás és dokumentáció ellenőrzése Milano, 2009. április, konferencia a sw biztonságról MEEI Kft. | Budapest

Hálózati - áramminőségi követelmények IEC 61727: PV inverterek szolgáltatói interfész jellemzői 1/3 fázisú PV inverterekre Flicker(villogás) Felharmonikus tartalom (a szinusz „torzítása”) Teljesítménytényező Fenti pontokban leírt specifikációtól eltérő esetekben az eszköznek le kell kacsolódni a rendszerről Fesz. szabályozást az inverter nem végez, csak védelmi beavatkozást Flicker (16A áram alatt: IEC 61000-3-3 , 16A áram felett: IEC 61000-3-5.) Szinkronjárás a hálózattal, a frekvencia határok között MEEI Kft. | Budapest

Hálózati - áramminőségi követelmények IEC 61727 PV: inverterek szolgáltatói interfész jellemzői Felharmonikus tartalom < 5% MEEI Kft. | Budapest

Hálózati - áramminőségi követelmények IEC 61727: PV inverterek szolgáltatói interfész jellemzői Teljesítménytényező - 0,9 - Pki > 50%Pn (általában kényelmesen teljesül) Hálózati feszültségkiesés - Leállás elvárt időn belül Túlfeszültség/feszültségcsökkenés/frekvencia Nem kívánt sziget üzem elkerülése MEEI Kft. | Budapest

Hálózati - áramminőségi követelmények IEC 61727: PV inverterek szolgáltatói interfész jellemzői Magas / alacsony frekvencia + / - 1 Hz >> trip, 0,2 sec – en belül Késleltetés oka a folyamatos üzem, rövid idejű zavarok átlépése Sziget üzem elleni védelem A PV rendszernek meg kell szüntetnie a betáplálást a hálózat kiesése esetén 2s-on belül.* A hálózat visszatérése 20s – 5min, helyi viszonyok szerint MEEI Kft. | Budapest

Hogyan mérjük? IEC 62116:2008 PV inverterek nem kívánt szigetüzem elkerülési képességének mérése (1/3 fázis) MEEI Kft. | Budapest

Hogyan mérjük? IEC 62116:2008 PV inverterek nem kívánt szigetüzem elkerülési képességének mérése (1-3 f) 3 különböző teljesítménynél: 33% 66% 100% minden teljesítménynél +/- 5 irányban, 1-1 ponton, 1 %-ra reaktív elemekkel elhangolva Túlfeszültségen Alacsonyfeszültségen Magas frekvencián Alacsony frekvencián MEEI Kft. | Budapest

Egyeztetés az áramszolgáltatókkal az inverterek hálózatra kapcsolásáról 2009. 09. 30., TÜV Rheinland MEEI ELMÜ EON DÉMÁSZ szakembereivel A TÜV MEEI vállalta: folyamatos szakmai kapcsolat, tájékoztatás a szabványváltozásokról Szolgáltatói követelmények: prIEC 62109-1;-2 , IEC 61727, IEC 62116 + EMC szabványok alapján lokális követelményekkel kiegészítve tanúsítvány nélküli hiányos tanúsítványokkal megfelelő tanúsítványokkal nagy teljesítményű inverterek egyéb speciális esetek kezelése, eljárás rendje: szolgáltatók – TÜV Rheinland MEEI MEEI Kft. | Budapest

Hogyan mérjük IEC 62116:2008 PV inverterek nem kívánt szigetüzem elkerülési képességének mérése TÜV Rheinland MEEI laboratóriumban, Budapest Biztonságtechnikai Hálózat üzemi Hatásfok Együttműködés egyetemek tanszékeivel >1000 kW-ig 1/3 fázis 4 kW PV inverter MEEI Kft. | Budapest