MEEI a TÜV Rheinland Csoport tagja

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

2. 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

3. 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

4. = = = = ~ = µP Új eszközök – új kockázatokAz 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, tűzstb.) • Hálózat:új kockázatok (áramütés a hálózat leállása után) • Hálózati/szolgáltatói követelmények: • Hálózati jellemzők (áramminőség) • Sziget üzem megelőzése Inverter MEEI Kft. | Budapest

5. 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

6. Az inverterek biztonságát szabványok szabályozzák: prIEC 62109-1;-2 / prEN 62109-1;-2 – változnak,fejlődnek • Általános - „hagyományos” - biztonsági szemlélettel: • -1, PV inverterekhez • -2, PV inverterekakkumulátor 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

7. 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

8. 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 melléklethivatkozik 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 asafe 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

9. 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

10. Hálózati - áramminőségi követelményekIEC 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

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

12. Hálózati - áramminőségi követelményekIEC 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

13. Hálózati - áramminőségi követelményekIEC 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

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

15. 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

16. 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

17. Hogyan mérjükIEC 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