CZ2017546A3

CZ2017546A3 - Method of power control and load protection in island networks with different loads

Info

Publication number: CZ2017546A3
Application number: CZ2017-546A
Authority: CZ
Inventors: Jan Dudek; Roman Hrbáč; Stanislav Mišák; Tomáš Mlčák
Original assignee: Vysoká Škola Báňská - Technická Univerzita Ostrava
Priority date: 2017-09-15
Filing date: 2017-09-15
Publication date: 2019-02-13
Also published as: CZ307686B6

Abstract

Předmětem vynálezu je způsob řízení výkonu a jištění zátěží v ostrovních sítích se systémem akumulace energie připojeným přes DC/AC měnič k množině zátěží, kde každé zátěží připojené přes nadproudovou ochranu je přiřazena kategorie priority. Každé zátěži kategorie vyšší než 1 je přidělena dolní a horní limitní hodnota disponibilní kapacity systému akumulace energie. Zátěže s příslušnou kategorií jsou při poklesu disponibilní energie pod dolní limit odpojeny aktivací nadproudové ochrany a při nárůstu disponibilní energie nad horní limit připojeny deaktivací nadproudové ochrany. Při rostoucím nebo déletrvajícím přetíží DC/AC měniče je prováděna dle priority zátěží snížením hodnoty jištění koordinace vypínacích charakteristik nadproudových ochran dle vypínací charakteristiky lt, přičemž výstupní proud DC/AC měniče je průběžně monitorován. Při odeznívání přetížení ostrovní sítě je prováděna zvýšením hodnoty jištění koordinace vypínacích charakteristik nadproudových ochran dle vypínací charakteristiky lt.It is an object of the present invention to provide a method for controlling power and load protection in island networks with an energy storage system connected via a DC / AC converter to a set of loads where each load connected via overcurrent protection is assigned a priority category. Each category load greater than 1 is assigned a lower and upper limit to the available capacity of the energy storage system. Loads with the appropriate category are disconnected by lowering the available energy below the lower limit by activating the overcurrent protection and by increasing the available energy above the upper limit by deactivating the overcurrent protection. When the DC / AC converter is overloaded or overloaded, the load is prioritized by reducing the protection value of the overcurrent protection tripping characteristics according to the tripping characteristic, while the output current of the DC / AC converter is continuously monitored. When the island network overload is faded, the overcurrent protection characteristics are increased by increasing the protection value of the overcurrent protection characteristics according to the tripping characteristic lt.

Description

Oblast technikyTechnical field

Vynález se týká způsobu optimálního řízení výkonu a jištění zátěží v ostrovních sítích napájených z obnovitelných zdrojů energie.The invention relates to a method for optimum power management and load protection in island networks supplied from renewable energy sources.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

S rostoucím požadavkem na obnovitelné zdroje energie se stále zvyšují požadavky na budování tzv. ostrovních sítí, též známých jako off-grid sítě. Ostrovní sítě využívají energii především z obnovitelných zdrojů energie bez možnosti připojení do distribuční sítě. Nevýhodami využívané energie získané čistě z obnovitelných zdrojů v současném stavu techniky jsou nákladová neefektivnost, nutnost předimenzování systému akumulace elektrické energie. Charakteristiky napájení z obnovitelných zdrojů a DC/AC měniče používané v ostrovních sítích navíc omezují špičkový výkon dodávaný do napájené instalace. Vypínací charakteristiky ostrovních sítí mají malé zkratové proudy, navíc měnič přechází do stavu poruchy a není schopen dodávat poruchový proud po dostatečnou dobu, proto není možné konvenčními metodami dosáhnout časově a proudově odstupňované selektivity jištění. U systémů s nepředvídatelným odběrem pak dochází k vybití systému akumulace energie a k výpadku celé sítě nebo jsou tyto systémy akumulace energie předimenzovány, což je však velmi finančně náročné. Z těchto důvodů se vyskytují hlavně sítě umožňující paralelní provoz jak z obnovitelných zdrojů energie, tak z distribuční sítě. Takové řešení je uvedeno například v patentové přihlášce WO 2014/032572 popisující čtyřdimenzionální systém řízení mikro systému, obsahující čtyřdimenzionální energetický model, knihovnu pravidel řízení tohoto systému a systém pro řízení sítě dle pravidel a modelu. Toto řešení počítá s výrobou elektrické energie z obnovitelných zdrojů a také s připojením do distribuční sítě.With the growing demand for renewable energy sources, the demand for building island networks, also known as off-grid networks, is steadily increasing. Island networks mainly use energy from renewable energy sources without the possibility of connection to the distribution network. The disadvantages of using the energy obtained purely from renewable sources in the current state of the art are the cost inefficiency, the necessity of oversizing the electrical energy storage system. In addition, the characteristics of renewable power supplies and DC / AC converters used in island networks limit the peak power delivered to the powered installation. The tripping characteristics of island networks have small short-circuit currents, in addition, the inverter goes into a fault condition and is unable to supply the fault current for a sufficient time, so it is not possible to achieve time- and current-graded fuse selectivity by conventional methods. For systems with unpredictable power consumption, the energy storage system is discharged and the whole network fails, or these energy storage systems are oversized, which is very costly. For these reasons, there are mainly networks allowing parallel operation from both renewable energy sources and the distribution network. Such a solution is disclosed, for example, in patent application WO 2014/032572 describing a four-dimensional control system of a micro system comprising a four-dimensional energy model, a rule management library of the system, and a network control system according to rules and model. This solution allows for the production of electricity from renewable sources as well as connection to the distribution network.

Dalším řešením může být například řešení popsané v patentové přihlášce US 2015/028671, která popisuje systém odpojování zátěží, či připojování generátoru v závislosti na zatížení distribuční sítě pro aproximaci křivky ideálního zatížení v určitém časovém okně. Toto řešení se využívá pro zabránění přetěžování distribuční sítě nízkého nebo vysokého napětí.Another solution may be, for example, the solution described in patent application US 2015/028671, which describes a load disconnection system or generator connection depending on the distribution network load to approximate the ideal load curve in a certain time window. This solution is used to avoid overloading the low or high voltage distribution network.

Při provozu v čistě ostrovním režimu, tedy bez možnosti podpory z distribuční sítě, existují rovněž řešení, u kterých lze dimenzovat kapacitu systému akumulace energie výpočtem bez nutnosti výrazného předimenzování nebo řízení výkonu a jištění zátěží. Taková řešení je ovšem možné provozovat pouze pro relativně malé systémy s jednoduše předvídatelným konstantním odběrem elektrické energie (pumpy, instalace pouze se světelným odběrem apod.).When operating in pure island mode, ie without the possibility of support from the grid, there are also solutions where the capacity of the energy storage system can be dimensioned by calculation without the need for significant oversizing or power management and load protection. However, such solutions can only be operated for relatively small systems with easily predictable constant power consumption (pumps, light-only installations, etc.).

Současné systémy řízení výkonu a jištění zátěží v ostrovních sítích tedy nejsou vhodné pro větší sítě s různými zátěžemi, neboť nedisponují vhodným inteligentním managementem výkonu. Je tedy žádoucí nalézt řešení pro větší ostrovní sítě s různými zátěžemi, kdy nebude docházet k častým výpadkům celé sítě, a to bez nutnosti předimenzování systému akumulace energie.Therefore, current power management and load protection systems in island networks are not suitable for larger networks with different loads because they do not have the appropriate intelligent power management. It is therefore desirable to find solutions for larger island networks with different loads, avoiding frequent network outages, without the need to oversize the energy storage system.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Cíle vynálezu je dosaženo způsobem řízení výkonu a jištění zátěží v ostrovních sítích se systémem akumulace energie připojeným přes DC/AC měnič a s různými zátěžemi, kde každé zátěži připojené do ostrovní sítě přes alespoň jednu nadproudovou ochranu je přiřazena jedna kategorie, kde kategorie počínaje kategorií 0 nej vyšší priority jsou označeny alfanumerickými kódy dle klesající priority a každé zátěži kategorie vyšší než 1 je přidělena dolní (odpojovači) limitní hodnota disponibilní kapacity systému akumulace energie a horní (připojovací) limitní hodnota disponibilní kapacity systému akumulace energie, kdy zátěže s kategorií vyšší než 1 jsouThe object of the invention is achieved by a method of power management and load protection in island networks with a power storage system connected via a DC / AC converter and with different loads, where each load connected to the island network via at least one overcurrent protection is assigned one category. higher priorities are identified by alphanumeric codes according to decreasing priority and each load of category greater than 1 is assigned a lower (disconnecting) limit value of the available capacity of the energy storage system and an upper (connecting) limit value of the available capacity of the energy storage system.

- 1 CZ 2017 - 546 A3 při poklesu disponibilní kapacity systému akumulace energie pod příslušnou dolní limitní hodnotu disponibilní kapacity systému akumulace energie odpojeny aktivací nadproudové ochrany (vypnutím obvodu) připojující do ostrovní sítě zátěže příslušné kategorie a při nárůstu disponibilní kapacity systému akumulace energie nad příslušnou horní limitní hodnotu disponibilní kapacity systému akumulace energie připojeny deaktivací nadproudové ochrany (zapnutím obvodu) připojující do ostrovní sítě zátěže příslušné kategorie, spočívající v tom, že pro zátěže kategorie vyšší než 1 je dále v pořadí dle klesající priority zátěží při rostoucím nebo déletrvajícím přetížení DC/AC měniče prováděna snížením hodnoty jištění koordinace vypínacích charakteristik nadproudových ochran na základě vypínací charakteristiky I⁴t navržené dle charakteristiky DC/AC měniče, přičemž je průběžně monitorován výstupní proud DC/AC měniče a při odeznívání přetížení ostrovní sítě je v pořadí dle vzrůstající priority zátěží postupně prováděna zvýšením hodnoty jištění koordinace vypínacích charakteristik nadproudových ochran na základě vypínací charakteristiky I⁴t navržené dle charakteristiky DC/AC měniče.- 1 GB 2017 - 546 A3 when the available capacity of the energy storage system falls below the respective lower limit value of the available capacity of the energy storage system, disconnected by activating an overcurrent protection (trip circuit) connecting the relevant load to the island network; the limit of the available capacity of the energy storage system connected by deactivating the overcurrent protection (switching on the circuit) connecting the load of the relevant category to the island network, consisting in that for category higher than 1 load converters implemented by reducing the value fuse tripping characteristic coordination of overcurrent protection on the basis of the tripping characteristic I ⁴ t designed according to the characteristics of the DC / AC inverter, wherein the pr current monitoring output current of the DC / AC inverter and motor fluctuations island network congestion is in the order of increasing priority loads sequentially performed by increasing the coordination fuse tripping characteristic of overcurrent protection on the basis of the tripping characteristic I ⁴ t designed according to the characteristics of the DC / AC inverter.

Výstupní proud DC/AC měniče je monitorován a přetížení ostrovní sítě, ať už krátkodobé nebo dlouhodobé, je detekováno na základě procházejícího nadproudu z měniče. Kromě výstupního proudu DC/AC měniče může být průběžně monitorována také okolní/provozní teplota měniče a systému akumulace energie.The DC / AC output current of the inverter is monitored, and the overload of the island grid, either short or long term, is detected by passing overcurrent from the inverter. In addition to the DC / AC output current of the drive, the ambient / operating temperature of the drive and the energy storage system can also be monitored continuously.

Tento způsob řízení výkonu a jištění zátěží v ostrovních sítích je navržen pro větší ostrovní sítě napájené z obnovitelných zdrojů energie s různými zátěžemi, u kterých není možné jednoduše předvídat odběr elektrické energie. Díky navrženému inteligentnímu managementu výkonu nedochází k častým výpadkům celé ostrovní sítě, a to bez nutnosti předimenzování systému akumulace energie.This type of power management and load securing in island networks is designed for larger island networks powered from renewable energy sources with different loads, where it is not easy to predict electricity consumption. Thanks to the proposed intelligent power management, there is no frequent failure of the entire island network without the need to oversize the energy storage system.

S výhodou se využívá, že při poklesu disponibilní kapacity systému akumulace energie pod příslušnou dolní limitní hodnotu disponibilní kapacity systému akumulace energie jsou příslušné zátěže kategorie vyšší než 1 odpojeny až po setrvání pod příslušnou dolní limitní hodnotou disponibilní kapacity systému akumulace energie po předem stanovenou latentní dobu, zároveň při nárůstu disponibilní kapacity systému akumulace energie nad příslušnou horní limitní hodnotu disponibilní kapacity systému akumulace energie jsou příslušné zátěže kategorie vyšší než 1 připojeny až po setrvání nad příslušnou horní limitní hodnotou disponibilní kapacity systému akumulace energie po předem stanovenou latentní dobu. Tímto se předejde častému odpojování a připojování zátěží při kolísání disponibilní kapacity systému akumulace energie kolem některé z limitních hodnot. Latentní doba je ve výhodném provedení min. 1 minuta, a to z důvodu setrvačnosti celého napájecího systému.It is advantageous to use that when the available capacity of the energy storage system falls below the respective lower limit value of the available energy storage system capacity, the respective loads of category greater than 1 are disconnected only after staying below the respective lower limit value of the available energy storage system capacity for a predetermined latent time. at the same time, when the available capacity of the energy storage system increases above the applicable upper limit of the available capacity of the energy storage system, the relevant loads of category greater than 1 are only connected after remaining above the respective upper limit value of the available energy storage capacity for a predetermined latency period. This avoids frequent disconnection and connection of loads when the available capacity of the energy storage system fluctuates around one of the limit values. The latent time is preferably min. 1 minute because of the inertia of the entire power system.

Limitní parametry a kategorie jsou v praxi nastaveny v automatickém systému managementu výkonu APMS a limitními parametry jsou alespoň míra přetížení a disponibilní hodnota kapacity systému akumulace energie vypočtená z proudového odběru, napětí baterie a teploty systému akumulace energie, kde APMS vyšle příkaz konkrétnímu systému dálkově ovládaných nadproudových ochran (PPS), na základě kterého systém PPS připojí nebo odpojí zátěže kategorie překračující nastavené limitní parametry po stanovenou dobu, kde zátěže jsou připojené na tento systém ochran (PPS).In practice, the limit parameters and categories are set in the APMS automatic power management system and the limit parameters are at least the overload rate and the available value of the energy storage system capacity calculated from current consumption, battery voltage and energy storage system temperature. The PPS system connects or disconnects loads of a category exceeding the set limit parameters for a specified period of time, where the loads are connected to this PPS.

Vynález využívá dvou vzájemně logicky provázaných celků APMS a PPS, které jsou koordinovanou funkcí schopny zajistit jak maximální selektivitu a robustnost systému napájení, tak v maximální možné míře zajistit napájení z hlediska bezpečnosti a komfortu prioritních obvodů v ostrovní síti. Podstatou je tedy zařazení zátěží do kategorií klasifikovaných dle stupně důležitosti jejich provozu a dále využití dálkově ovládaných nadproudových ochran, které standardně slouží k ochraně před zkraty a přetížením, pro odpojování zátěží při nízké disponibilní kapacitě systému akumulace elektrické energie.The invention utilizes two logically interconnected APMS and PPS units which, by means of a coordinated function, are capable of providing both maximum selectivity and robustness of the power supply system and, to the greatest possible extent, power supply in terms of safety and comfort of priority circuits in the island network. The essence is to classify the loads into categories classified according to the degree of importance of their operation and also to use remotely controlled overcurrent protection, which is normally used to protect against short circuits and overload, for disconnecting loads at low available capacity of the energy storage system.

Kategorie zátěží jsou v prvním výhodném provedení čtyři, kde kategorii 0 jsou přiřazeny zátěže nutné pro funkci a řízení ostrovní sítě napájené z DC sítě, kterými jsou APMS a PPS. Zátěže vyšších kategorií jsou napájeny pomocí DC/AC měniče, přičemž kategorii 1 jsou přiřazenyThe load categories are in the first preferred embodiment four, wherein the category 0 is assigned to the loads necessary for the operation and control of the island network fed from the DC network, which are APMS and PPS. Higher category loads are powered by a DC / AC converter, with category 1 assigned

-2CZ 2017 - 546 A3 zátěže zajišťující další řízení sítě s využitím nadřazeného automatického kontrolního systému (ACS) a komunikaci a provoz požárně bezpečnostních zařízení a zabezpečovacích systémů, kategorii 2 jsou přiřazena svítidla zajišťující osvětlení objektu, zásuvky pro připojení malých zátěží a ventilátory a kategorii 3 jsou přiřazeny běžné obvody pro užívání instalace, kdy u kategorie 2 je dolní limitní hodnota disponibilní kapacity systému akumulace energie vybrána z rozsahu 3 až 7 % disponibilní kapacity systému akumulace energie a horní limitní hodnota disponibilní kapacity systému akumulace energie vybrána z rozsahu 5 až 9 % disponibilní kapacity systému akumulace energie, kdy u kategorie 3 je dolní limitní hodnota disponibilní kapacity systému akumulace energie vybrána z rozsahu 11 až 17 % disponibilní kapacity systému akumulace energie a horní limitní hodnota disponibilní kapacity systému akumulace energie vybrána z rozsahu 14 až 20 % disponibilní kapacity systému akumulace energie, přičemž ve všech kategoriích musí platit, že dolní limitní hodnota disponibilní kapacity systému akumulace energie je menší než horní limitní hodnota disponibilní kapacity systému akumulace energie.-2GB 2017 - 546 A3 load providing additional network control using a superior automatic control system (ACS) and communication and operation of fire safety and security systems, category 2 is assigned lighting fixtures for building illumination, light load sockets and fans and category 3 common circuits for use of the installation are assigned, where for category 2 the lower limit of the available capacity of the energy storage system is selected from 3 to 7% of the available capacity of the energy storage system and the upper limit of the available capacity of the energy storage system the capacity of the energy storage system, where for category 3 the lower limit value of the available capacity of the energy storage system is selected from the range of 11 to 17% of the available capacity of the energy storage system and the upper limit value of the available capacity The energy storage system shall be selected from a range of 14 to 20% of the available capacity of the energy storage system, and in all categories the lower limit of the available capacity of the energy storage system shall be less than the upper limit of the available capacity of the energy storage system.

Ve druhém výhodném provedení je kategorií šest, kategorii 0 jsou přiřazeny zátěže nutné pro funkci a řízení ostrovní sítě napájené z DC sítě, kterými jsou APMS a PPS. Zátěže vyšších kategorií jsou napájeny pomocí DC/AC měniče, přičemž kategorii 1 jsou přiřazeny zátěže zajišťující další řízení sítě s využitím nadřazeného automatického kontrolního systému (ACS) a komunikaci a provoz požárně bezpečnostních zařízení a zabezpečovacích systémů, kategorii 2 jsou přiřazena svítidla zajišťující osvětlení objektu, zásuvky pro připojení malých zátěží a ventilátory, že kategorii 3A jsou přiřazeny zásuvky pro běžné užití, svítidla a obvody, u nichž nelze řídit spotřebu, kategorii 3B jsou přiřazeny zátěže, u nichž je možné plynule řídit spotřebu elektrické energie a kategorii 3C jsou přiřazeny zátěže s vysokým záběrovým proudem, kdy u kategorie 2 je dolní i horní limitní hodnota disponibilní kapacity systému akumulace energie 5 % ± 3 % disponibilní kapacity systému akumulace energie, tzn. může být nastavena hodnota z intervalu 2 až 8 %, u kategorie 3Aje dolní i horní limitní hodnota disponibilní kapacity systému akumulace energie 15 % ± 5 % disponibilní kapacity systému akumulace energie, u kategorie 3B je dolní i horní limitní hodnota disponibilní kapacity systému akumulace energie 30 % ± 8 % disponibilní kapacity systému akumulace energie, u kategorie 3C je dolní i horní limitní hodnota disponibilní kapacity systému akumulace energie 50 % ± 10 % disponibilní kapacity systému akumulace energie.In the second preferred embodiment, the category is six, the category 0 is assigned to the loads necessary for the operation and control of the island network fed from the DC network, which are APMS and PPS. Higher category loads are powered by a DC / AC converter, while category 1 is assigned loads for additional network control using a superior automatic control system (ACS) and communication and operation of fire safety and security systems; small load sockets and fans that category 3A is assigned to general purpose sockets, luminaires and circuits that cannot be controlled, category 3B is assigned loads that can be controlled continuously, and category 3C is assigned loads with high starting current, where for category 2 the lower and upper limit of the available capacity of the energy storage system is 5% ± 3% of the available capacity of the energy storage system, ie. a value from 2 to 8% can be set, for category 3A the lower and upper limit of the available capacity of the energy storage system is 15% ± 5% of the available capacity of the energy storage system; % ± 8% of the available capacity of the energy storage system, for category 3C, the lower and upper limits of the available capacity of the energy storage system shall be 50% ± 10% of the available capacity of the energy storage system.

Všechny napájené systémy jsou začleněny podle stupně priority do kategorie, prvotně například dle následujícího členění, následně pak mohu být překategorizovány:All powered systems are categorized according to their priority level, first of all according to the following breakdown, then I can be re-categorized:

• Zátěže kategorie 0 jsou napájené přímo z bateriové banky DC/DC měniči a jsou nezbytné pro napájení řídicích systémů (APMS, PPS) a k funkčnosti ostrovního systému. Z důvodu rizika nežádoucího vybití je snahou mít v této kategorii co nejmenší množství zátěží a malý rozsah této DC sběrnice (přednostně uvnitř rozvaděče). Toto napájení není automaticky odpojované příkazem z APMS.• Category 0 loads are supplied directly from the battery bank by DC / DC converters and are necessary for powering control systems (APMS, PPS) and for island system functionality. Due to the risk of unwanted discharge, the effort in this category is to minimize the loads and the small extent of this DC bus (preferably inside the cabinet). This power is not automatically disconnected by the APMS command.

• Zátěžemi kategorie 1 jsou nej důležitější obvody ostrovní sítě, zajišťující další řízení sítě s využitím automatického kontrolního systému ACS, komunikaci a provoz požárně bezpečnostních zařízení. Tyto zátěže nejsou automaticky odpojovány APMS systémem, avšak při vybití baterií pod úroveň LBCO (Low Battery Cut Out) stanovenou odpojovačem baterie dojde k zastavení dodávky elektrické energie z důvodu výpadku DC/AC měniče. Tyto zátěže nejsou napájeny ze zásuvkových vývodů.• Category 1 loads are the most important island network circuits, providing additional network control using the ACS automatic control system, communication and operation of fire safety equipment. These loads are not automatically disconnected by the APMS system, but if the batteries are discharged below the Low Battery Cut Out (LBCO) level specified by the battery breaker, the power supply will stop due to a DC / AC converter failure. These loads are not supplied from the socket outlets.

• Zátěžemi kategorie 2 jsou základní obvody nezbytné pro užívání instalace, jako je např. osvětlení objektu, zásuvky pro připojení malých zátěží, ventilátory apod. Tyto obvody již jsou odpojovány APMS systémem, avšak nikdy z důvodu přetížení sítě nebo při rozběhu motoru.• Category 2 loads are essential circuits for use in the installation, such as object lighting, light load sockets, fans, etc. These circuits are already disconnected by the APMS system, but never due to network congestion or motor startup.

• Zátěžemi kategorie 3 jsou obvody pro komfortní užívání instalace. Dělí se dále do kategorie dle priority na 3Α, 3B a 3C.• Category 3 loads are circuits for comfortable use of the installation. They are further subdivided into priority categories at 3Α, 3B and 3C.

V kategorii 3A jsou zařazeny zátěže, jež mohou být dočasně odpojeny APMS systémem bez předchozího varování a u nichž není možné řídit množství dodávané elektrické energie.Category 3A includes loads that can be temporarily disconnected by the APMS system without prior warning and for which it is not possible to control the amount of electricity supplied.

-3 CZ 2017 - 546 A3-3 2017 - 546 A3

V kategorii 3B jsou zařazeny zátěže, u nichž je možné plynule řídit množství dodávané energie pomocí střídavých regulátorů napětí (triak a softstart), lze tedy operativně snižovat proudový odběr v závislosti na místních podmínkách ACS nebo APMS systémem, například ohřívač TUV a motorový vývod.Category 3B includes loads where it is possible to continuously control the amount of energy supplied by AC voltage regulators (triac and softstart), so current consumption can be operatively reduced depending on local ACS or APMS conditions, such as a DHW heater and motor outlet.

V kategorii 3C je zařazen alternativní motorový vývod, který umožňuje přímé připojení zátěže s vysokým záběrovým proudem (typicky asynchronní motory), přičemž náběh tohoto motoru je spojen s proudovým rázem. Ve výhodném provedení způsobu řízení výkonu a jištění zátěží v ostrovních sítích podle tohoto vynálezu je tedy při připojení zátěže kategorie 3C s vysokým záběrovým proudem síť dočasně odlehčena odpojováním zátěží kategorie 3A a 3B aktivací příslušných nadproudových ochran, přičemž je průběžně monitorován výstupní proud DC/AC měniče a při odpojení zátěže kategorie 3C s vysokým záběrovým proudem od ostrovní sítě jsou opět zátěže kategorie 3A a 3B připojeny deaktivací příslušných nadproudových ochran. Tento motorový vývod má z hlediska provozu nejnižší prioritu, tj. je prvním, jež může být odpojen.Category 3C includes an alternative motor outlet that allows direct connection of loads with high starting current (typically asynchronous motors), with the motor start-up associated with a surge current. Thus, in a preferred embodiment of the power management and load protection method in the island grid according to the present invention, when a high-current category 3C load is connected, the network is temporarily unloaded by disconnecting the category 3A and 3B loads by activating the appropriate overcurrent protections. and when the high-current category 3C load is disconnected from the island grid, the category 3A and 3B loads are connected again by deactivating the respective overcurrent protections. This motor terminal has the lowest priority in terms of operation, i.e. it is the first to be disconnected.

APMS řídí spotřebu ostrovní sítě tak, aby nedocházelo k nežádoucím výpadkům napájení v celé síti selektivním výběrem odpojované kategorie zátěží, ale aby byla odpojena pouze méně významná část obvodu, přičemž zátěže s vyšší prioritou jsou v provozu až do poklesu alespoň jednoho z dalších limitních parametrů (míra přetížení a disponibilní hodnota kapacity systému akumulace energie) pod stanovenou hodnotu.APMS controls island power consumption to avoid unwanted power outages across the network by selectively selecting the disconnected load category, but to disconnect only a minor portion of the circuit, with higher priority loads running until at least one of the other limiting parameters ( congestion rate and disposable capacity of the energy storage system) below the specified value.

V základním provedení může být horní limitní hodnota disponibilní kapacity systému akumulace energie u každé kategorie zátěží stejná jako její dolní limitní hodnota disponibilní kapacity systému akumulace energie. Výhodně je pak horní limitní hodnota disponibilní kapacity systému akumulace energie u každé kategorie zátěží o 5 % vyšší než její dolní limitní hodnota disponibilní kapacity systému akumulace energie, která zajišťuje hysterezi mezi přechody.In the basic embodiment, the upper limit value of the available capacity of the energy storage system for each load category may be the same as its lower limit value of the available capacity of the energy storage system. Preferably, the upper limit value of the available capacity of the energy storage system for each load category is 5% higher than its lower limit value of the available capacity of the energy storage system that provides hysteresis between transitions.

APMS smí v praxi odpojit kterýkoliv obvod, příp. umožnit znovu-připojení obvodu, jestliže to aktuální provozní stav měniče a DC baterie (DC sběrnice) umožňují. Díky tomu je akumulovaná energie šetřena pro důležitější funkce a není nutné systém předimenzovat tak výrazně, jak je to běžné u běžně provozovaných ostrovních sítí. Vyšší prioritu mají potom obvody, které musí zůstat z bezpečnostních důvodů napájeny co možná nejdéle, např. osvětlení nebo napájení elektronických požárních a zabezpečovacích systémů. Takové řešení je vhodné zejména pro nízkonapěťové instalace budov občanské a bytové výstavby. Smyslem APMS systému není nahrazení automatizovaného, příp. ručního, řízení instalace, ale blokování neprioritních zátěží zejména při nízké disponibilní kapacitě DC bateriové banky a odpojování zátěží při přetížení sítě nebo při připojení zátěže s vysokým záběrovým proudem, například asynchronního motoru, aby se zabránilo výpadku DC/AC měniče.APMS may in practice disconnect any circuit, event. Enable circuit reconnection if the current operating status of the drive and the DC battery (DC bus) allow it. As a result, the stored energy is saved for more important functions and it is not necessary to oversize the system as much as it is common with commonly operated island networks. Higher priority is then given to circuits that must remain powered for as long as possible for safety reasons, eg lighting or powering electronic fire and alarm systems. Such a solution is particularly suitable for low-voltage installations of civil and residential buildings. The purpose of the APMS system is not to replace the automated, possibly. manual, installation control, but blocking of non-priority loads especially at low available battery bank capacity and disconnecting loads when mains is overloaded or when high-current loads such as an asynchronous motor are connected to prevent DC / AC converter failure.

Výhodou způsobu řízení výkonu a jištění zátěží v ostrovních sítích se systémem akumulace energie připojeným přes DC/AC měnič a s různými zátěžemi je jednoduchost jeho implementace, dostatečná rozhodovací rychlost a reakce na abnormální provozní stavy, s absencí složitých rozhodovacích algoritmů. Tento způsob dále neomezuje (při normálním provozu) nadřazený řídicí systém, např. ACS, nebo uživatele.The advantage of power management and load protection in island networks with a DC / AC converter energy storage system and different loads is the ease of implementation, sufficient decision speed, and response to abnormal operating states, with no complex decision algorithms. This method further does not limit (in normal operation) the master control system, e.g., ACS, or the user.

Abnormálními provozními stavy je myšleno například: nízká disponibilní kapacita DC bateriové banky (podle stupně vybití) vč. odhadu zbytkové kapacity; krátkodobé příp. dlouhodobé přetížení sítě; vysoká okolní/provozní teplota měniče (tj. snížení výstupního výkonu měniče); alternativní start a stop diesel generátoru připojeného do ostrovní sítě, je-li použit; alternativní možnost řízení výkonu odporové zátěže nebo rozběhu asynchronního motoru pomocí střídavého regulátoru napětí (soft startér, příp. triaková regulace); alternativní připojení zátěže s vysokým rozběhovým proudem (uživatelem definovaný vývod), apod.Abnormal operating states are for example: low available capacity of the DC battery bank (depending on the discharge level) incl. estimation of residual capacity; short-term long-term network congestion; high ambient / operating temperature of the drive (ie reduction of drive output power); alternative start and stop of the diesel generator connected to the island grid, if used; Alternative way of controlling the resistance load or starting the asynchronous motor by means of an AC voltage regulator (soft starter or triac control); Alternative load connection with high starting current (user defined outlet), etc.

Odpojování a připojování zátěží je fyzicky prováděno aktivací, resp. deaktivací nadproudové ochrany. Systém logické selektivity ochran PPS popsaný blíže níže zajišťuje fyzické odpojování a připojování obvodů a tím zajišťuje v elektrické instalaci ochranu před zkraty a přetížením,Disconnection and connection of loads is physically performed by activation, resp. by deactivating the overcurrent protection. The PPS logic selectivity system described below provides physical disconnection and connection of circuits, thereby providing short circuit and overload protection in the electrical installation,

-4CZ 2017 - 546 A3 obecně nadproudy. Systém PPS je autonomní a imunní vůči případným poruchám v řídicích signálech z nadřazených systémů APMS nebo ACS. Stav ochran je signalizován na ochraně. Samotná logika provozního spínání a vypínání, a tedy odpojování a připojování jednotlivých zátěží je realizována samotným APMS systémem, přičemž nastavení limitních parametrů v APMS může být provedeno nebo korigováno prostřednictvím nadřazeného systému ACS nebo manuálně.-4GB 2017 - 546 A3 general overcurrents. The PPS system is autonomous and immune to possible control signal failures from the APMS or ACS superior systems. The protection status is signaled on the relay. The operation and shutdown logic itself, and thus disconnection and connection of individual loads, is implemented by the APMS itself, and the setting of limit parameters in the APMS can be done or corrected by the ACS master or manually.

V méně výhodném provedení je stanovení a přidělení limitních parametrů kategoriím a zařazení zátěží do kategorií provedeno manuálně. Tento systém pak funguje zcela autonomně.In a less preferred embodiment, the determination and assignment of limit parameters to categories and the categorization of loads is done manually. This system then operates completely autonomously.

Výhodněji je nastavování uvedených parametrů a kategorizace prováděna kontinuálně pomocí ACS, který na základě predikce spotřeby energie na základě předchozích zaznamenaných a vyhodnocených stavů, případně na základě dalších faktorů ovlivňujících spotřebu energie, především tlaku, teploty a dalších meteorologických veličin stanoví nové limitní parametry či přerozdělí zátěže kategoriím a nastaví je do APMS tak, že systém ACS konverguje k optimální kombinaci i nastavení limitních parametrů, kategorizaci a k nej efektivnější selektivitě jištění.More preferably, the setting of said parameters and categorization is carried out continuously by means of ACS, which on the basis of prediction of energy consumption based on previous recorded and evaluated states, possibly based on other factors affecting energy consumption, especially pressure, temperature and other meteorological variables categories and sets them into APMS so that the ACS system converges for optimal combination and setting of limit parameters, categorization and for the most effective protection selectivity.

Příkaz pro odpojení kategorie zátěží aktivací PPS může být vydán jakýmkoliv ze systémů ACS, APMS a musí být vykonán. Příkaz pro připojení kategorie zátěží deaktivací PPS může být vydán jakýmkoliv ze systémů ACS, APMS, avšak může být vykonán pouze, není-li zakázán PPS nebo APMS. PPS mohou být také aktivovány nebo deaktivovány manuálně nebo autonomně na základě vlastního nastavení.The PPS Activation Load Category Disconnect command may be issued by any of the ACS, APMS, and shall be executed. The PPS deactivation load category command may be issued by any of the ACS, APMS, but may only be executed unless PPS or APMS is disabled. PPS can also be activated or deactivated manually or autonomously based on custom settings.

Systému ochran jsou s výhodou předřazeny válcové pojistky charakteristiky gG nebo aM jako funkční ochrany před velkými zkratovými proudy a v případě užití stykače jsou koordinovány s ohledem na jeho podmíněnou zkratovou odolnost.Advantageously, cylindrical fuses of the characteristics gG or aM are upstream of the protection system as functional protection against high short-circuit currents and, in the case of use of a contactor, they are coordinated with regard to its conditional short-circuit resistance.

Standardní koncepce ochran představuje předřazené gG válcové pojistky, SSR relé (s pojistkovým odpínačem) nebo stykač, a měřicí transformátor proudu, příp. i měřicí transformátor napětí společně s procesorovou jednotkou, která pracuje jako elektronická spoušť ochrany. Ochrana musí splňovat požadavky na bezpečné odpojování ve smyslu EN 60947-1.The standard protec- tion concept consists of upstream gG cylindrical fuses, SSR relays (with fuse switch-disconnectors) or contactors, and a current measuring transformer, respectively. and a voltage transformer together with a processor unit that acts as an electronic protection relay. The protection must meet the requirements for safe disconnection in accordance with EN 60947-1.

Vynález tedy představuje cenově přijatelné řešení systémů ochran přizpůsobené výstupním charakteristikám měniče se zachováním selektivity a možnost cenově a uživatelsky přijatelného autonomně fungujícího technicky ekonomického kompromisu při dimenzování kapacity systému akumulace a konverze elektrické energie z obnovitelných zdrojů.Thus, the invention provides a cost-effective protection system solution adapted to drive output characteristics while maintaining selectivity and the possibility of a cost-effective and user-friendly autonomous technically economical compromise in dimensioning the capacity of a system for the storage and conversion of electricity from renewable sources.

Objasnění výkresůClarification of drawings

Obr. 1 vyobrazuje blokové schéma ostrovní sítě s implementovaným systémem pro řízení výkonu a jištění zátěží, kde DC/AC měnič je silově spojený přes dálkově ovládané nadproudové ochrany s různými zátěžemi.Giant. 1 illustrates a block diagram of an island network with an implemented power management and load protection system, where the DC / AC converter is coupled through remotely controlled overcurrent protection with different loads.

Obr. 2 vyobrazuje blokové schéma ostrovní sítě s implementovaným systémem pro řízení výkonu a jištění zátěží, kde DC/AC měnič je přes nadproudovou ochranu měniče silově spojen s dálkově ovládanými nadproudovými ochranami s různými zátěžemi.Giant. 2 shows a block diagram of an island network with an implemented power management and load protection system, where the DC / AC converter is coupled to the remote controlled overload protections with different loads via an inverter overcurrent protection.

Graf 1 znázorňuje provozní charakteristiku měniče Conext XW+ 8548 s trvalým maximálním výkonem 6,8 kW při 230 V.Figure 1 shows the operating characteristics of the Conext XW + 8548 drive with a continuous maximum power of 6.8 kW at 230 V.

Graf 2 znázorňuje křivky snížení trvalého výstupního výkonu měničů Conext XW+ 8548 a Conext XW+ 7048 v závislosti na okolní teplotě.Figure 2 shows the continuous output power curves of Conext XW + 8548 and Conext XW + 7048 in dependence on ambient temperature.

Graf 3 znázorňuje křivky vypínacích charakteristik při teplotě 25 °C.Figure 3 shows the tripping curves at 25 ° C.

-5 CZ 2017 - 546 A3-5 2017 - 546 A3

Tabulka 1 prezentuje řízení výkonu a jištění zátěží v závislosti na disponibilní kapacitě banky u prvního a druhého příkladu použití.Table 1 presents power management and load protection depending on the bank's available capacity for the first and second application examples.

Tabulka 2 prezentuje postupy připojování a odpojování zátěží v závislosti na odebíraném proudu s uvedenými limitními hodnotami odebíraného proudu a latentní dobou jednotlivých zátěží pro první příklad použití.Table 2 presents the load-connection and disconnection-load-dependent procedures with the indicated current limit values and the latency of each load for the first example of use.

Tabulka 3 prezentuje řízení výkonu a jištění zátěží v závislosti na disponibilní kapacitě banky u třetího příkladu použití.Table 3 presents power management and load protection depending on the bank's available capacity in the third application example.

Tabulka 4 prezentuje postupy připojování a odpojování zátěží v závislosti na odebíraném proudu s uvedenými limitními hodnotami odebíraného proudu a latentní dobou jednotlivých zátěží pro druhý a třetí příklad použití.Table 4 presents the load-connection and disconnect-load procedures, with the indicated current limit values and the latency of each load for the second and third application examples.

Příklady uskutečnění vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Uvedená uskutečnění znázorňují příkladné varianty provedení vynálezu, která však nemají z hlediska rozsahu ochrany žádný omezující vliv.These embodiments illustrate exemplary embodiments of the invention which, however, have no limiting effect on the scope of protection.

V prvním příkladném provedení dle Obr. 1 je ostrovní síť se systémem pro řízení výkonu a jištění zátěží napájena ze solárních panelů (FV panely) připojených přes MPPT regulátor na systém akumulace energie, kde tento systém akumulace energie je silově spojený přes DC/AC měnič na n dálkově ovládaných nadproudových ochran s různými zátěžemi. Alternativně může být ostrovní síť napájena i z jiných obnovitelných zdrojů. Ke každé nadproudové ochraně jsou připojeny zátěže stejné předem nastavené kategorie. Uživatelské rozhraní je připojeno datově na automatický kontrolní systém (ACS), který je dále připojený přes automatický systém managementu výkonu (APMS) na dálkově ovládané nadproudové ochrany (PPS). Tento automatický systém managementu výkonu slouží pro aktivaci nadproudové ochrany nebo deaktivaci nadproudové ochrany zátěží v závislosti na disponibilní kapacitě systému akumulace energie, přetížení ostrovní sítě nebo připojení zátěže s vysokým záběrovým proudem do ostrovní sítě. Automatický kontrolní systém v tomto příkladu provedení umožňuje odpojení zátěží kategorie vyšší než 1 na základě příkazu obsluhy z uživatelského rozhraní.In the first exemplary embodiment of FIG. 1 is an island network with a power management and load protection system powered from solar panels (PV panels) connected via an MPPT controller to an energy storage system, where the energy storage system is power coupled via a DC / AC converter to n remotely controlled overcurrent protection with various ballast. Alternatively, the island grid can also be powered from other renewable sources. Loads of the same pre-set category are connected to each overcurrent protection. The user interface is connected data to an automatic control system (ACS), which is further connected via an automatic power management system (APMS) to remotely controlled overcurrent protection (PPS). This automatic power management system is used to activate overcurrent protection or deactivate overcurrent protection of the load depending on the available capacity of the energy storage system, the overload of the island grid or the connection of the load with high starting current to the island grid. The automated control system in this exemplary embodiment allows disconnection of loads of category greater than 1 based on the operator command from the user interface.

V tomto příkladném provedení může být v ostrovní síti s různými zátěžemi automatický systém managementu výkonu spojen s pěti dálkově ovládanými nadproudovými ochranami. Jednotlivým zátěžím jsou dle priority přiřazeny kategorie následovně:In this exemplary embodiment, in an island network with different loads, the automatic power management system may be coupled to five remotely controlled overcurrent protections. According to priority, the individual categories are assigned categories as follows:

• Zátěže kategorie 0 jsou napájeny přímo z bateriové banky DC/DC měniči (není znázorněno) a těmito zátěžemi jsou například automatický systém managementu výkonu a další zátěže nutné k funkčnosti celého ostrovního systému. Mezi zátěže kategorie 0 také patří dálkově ovládané nadproudové ochrany, na které jsou připojeny zátěže ostatních kategorií. Z důvodu rizika nežádoucího vybití je snahou o co nejmenší množství zátěží a malý rozsah této DC sběrnice přednostně uvnitř rozvaděče. Toto napájení není automaticky odpojované příkazem z automatického systému managementu výkonu.• Category 0 loads are supplied directly from the battery bank by DC / DC converters (not shown) and include, for example, an automatic power management system and other loads required to operate the entire island system. Category 0 loads also include remotely controlled overcurrent protections to which other categories are connected. Because of the risk of unwanted discharge, the effort is to minimize the loads and the small extent of this DC bus preferably inside the rack. This power is not automatically disconnected by a command from the automatic power management system.

• Zátěžemi kategorie 1 jsou nej důležitější obvody ostrovní sítě zajišťující další řízení sítě s využitím nadřazeného systému ACS, komunikaci a provoz požárně bezpečnostních zařízení, např. nouzové a protipanické osvětlení. Tyto zátěže nejsou automaticky odpojovány automatickým systémem managementu výkonu, avšak při vybití baterií pod úroveň LBCO dojde k zastavení dodávky elektrické energie z důvodu výpadku DC/AC měniče. Tyto zátěže pracují na 230 V a nejsou napájeny ze zásuvkových vývodů.• Category 1 loads are the most important island network circuits to provide additional network control using the superior ACS system, communication and operation of fire safety equipment such as emergency and anti-panic lighting. These loads are not automatically disconnected by the automatic power management system, but if the batteries are discharged below the LBCO level, the power supply stops due to a DC / AC converter failure. These loads operate at 230 V and are not powered from the socket outlets.

• Zátěžemi kategorie 2 jsou základní obvody nutné pro užívání instalace. Zahrnují osvětlení objektu, funkci zásuvek pro připojení malých zátěží (PC, modem), ventilátory zajišťující např. výměnu chladicího vzduchu v rozvaděčích apod. Zásuvky jsou v praxi značeny oranžovým rámečkem a ochrany mají nastaven jmenovitý proud na např. 6 A. Uživatel je prokazatelně poučen o charakteru těchto zásuvek a jejich snížené jmenovité hodnotě jištění. Tyto obvody• Category 2 loads are the basic circuits required to use the installation. They include lighting of the building, function of sockets for connection of small loads (PC, modem), fans ensuring eg exchange of cooling air in switchboards etc. Sockets are in practice marked orange frame and protections have nominal current set to eg 6 A. User is demonstrably instructed on the nature of these drawers and their reduced rated fuse. These circuits

-6CZ 2017 - 546 A3 jsou odpojovány automatickým systémem managementu výkonu, avšak nikdy při rozběhu motoru.-6GB 2017 - 546 A3 are disconnected by the automatic power management system, but never when the engine starts.

• Zátěžemi kategorie 3 jsou obvody pro komfortní užívání instalace. Dělí se dále do kategorií 3A, 3Ba3C.• Category 3 loads are circuits for comfortable use of the installation. They are further subdivided into categories 3A, 3Ba3C.

° V kategorii 3A jsou zařazeny zátěže, jež mohou být dočasně odpojeny automatickým systémem managementu výkonu bez předchozího varování. Typicky se může jednat o zásuvky pro všeobecné užití, některá svítidla a obvody, u nichž není možné řídit množství dodávané elektrické energie. Zásuvky jsou označeny zeleným rámečkem a jsou jištěny standardně, tj. 16 A.° Category 3A includes loads that can be temporarily disconnected by an automatic power management system without prior warning. Typically, these may be general purpose sockets, some luminaires, and circuits where it is not possible to control the amount of electricity supplied. The sockets are marked with a green frame and are standardly protected, ie 16 A.

° V kategorii 3B jsou zařazeny zátěže, u nichž je možné plynule řídit množství dodávané energie pomocí střídavých regulátorů napětí, lze tedy operativně snižovat proudový odběr v závislosti na místních podmínkách nebo automatickým systémem managementu výkonu. Jedná se alternativně o dva vývody (ty mají kromě zásuvky prip. odbočné krabice i poblíž vyveden analogový vstup 0-10 V z automatického systému managementu výkonu). Zásuvky nejsou preferovány (v případě bojleru jsou zakázány), pokud budou užity, musí být jednoznačně označeny, např. černou barvou a informační tabulkou, aby se předešlo jejich užívání ve spojení se zátěžemi, které neumožňují regulaci výkonu změnou vstupního napětí. Obvody jsou vyhrazeny na ohřívač TUV a na motorový vývod. Pokud není obvod vybaven triakem, jedná se o dvoustavové vypínání.° Category 3B includes loads where it is possible to continuously control the amount of energy supplied by AC voltage regulators, so current consumption can be reduced according to local conditions or an automatic power management system. Alternatively, there are two outlets (these have, in addition to the socket or junction box, also an analogue 0-10 V input from the automatic power management system). The sockets are not preferred (forbidden in the case of a boiler), if used, they must be clearly labeled, for example, in black and with an information plate, to avoid their use in connection with loads that do not allow power regulation by varying the input voltage. The circuits are reserved for the DHW heater and the motor outlet. If the circuit is not equipped with a triac, it is a two-state tripping.

° V kategorii 3C je zařazen alternativní motorový vývod pro přímé připojení zátěže s vysokým záběrovým proudem, přičemž při náběhu tohoto motoru může být v případě potřeby síť dočasně odlehčena odpojením všech zátěží kategorie 3A a 3B. Tento vývod, přestože při rozběhu zapříčiňuje odlehčení sítě, má z hlediska provozu nejnižší prioritu, tj. je prvním, jež může být zakázán. Je-li použit zásuvkový vývod, je preferováno vlastní barevné značení, aby bylo zřejmé, o jaký obvod se jedná.° Category 3C incorporates an alternate motor connection for direct connection of a high starting current load, which may be temporarily unloaded by disconnecting all Category 3A and 3B loads when the motor starts up. This outlet, although it causes lightening of the network during start-up, has the lowest priority in terms of operation, ie it is the first one that can be banned. If a socket outlet is used, its own color coding is preferred to indicate which circuit is involved.

Dle tohoto příkladného provedení jsou na první nadproudovou ochranu připojeny zátěže kategorie 1. Na druhou nadproudovou ochranu jsou připojeny zátěže kategorie 2. Na třetí nadproudovou ochranu jsou připojeny zátěže kategorie 3A. Na čtvrtou nadproudovou ochranu jsou připojeny zátěže kategorie 3B. Na pátou nadproudovou ochranu jsou připojeny zátěže kategorie 3C. Nadproudová ochrana, na kterou jsou připojeny zátěže kategorie 1, není dálkově řízena pomocí APMS, tzn., že tyto zátěže nesmí být automaticky odpojovány. APMS ovšem může komunikovat s touto nadproudovou ochranou za účelem zjištění základních provozních informací.According to this exemplary embodiment, category 1 loads are connected to the first overcurrent protection. Category 2 loads are connected to the second overcurrent protection. Category 3A loads are connected to the third overcurrent protection. Category 3B loads are connected to the fourth overcurrent protection. Category 3C loads are connected to the fifth overcurrent protection. The overcurrent protection to which category 1 loads are connected is not remotely controlled by APMS, ie these loads must not be automatically disconnected. However, the APMS can communicate with this overcurrent protection in order to obtain basic operational information.

Způsob řízení ostrovních sítí s různými zátěžemi je prováděn tak, že zátěže s kategorií vyšší než 1 jsou odpojovány prostřednictvím příkazu z automatického systému managementu výkonů s čtyřmi dolními limitními hodnotami disponibilní kapacity systému akumulace energie. Dolní limitní hodnota pro kategorie 2 je 7 % disponibilní kapacity systému akumulace energie, dolní limitní hodnota pro kategorie 3 A je 20 % disponibilní kapacity systému akumulace energie, dolní limitní hodnota pro kategorie 3B je 40 % disponibilní kapacity systému akumulace energie, dolní limitní hodnota pro kategorie 3C je 60 % disponibilní kapacity systému akumulace energie. Horní limitní hodnoty disponibilní kapacity systému akumulace energie pro připojování zátěží každé kategorie jsou o 5 % vyšší, než dolní limitní hodnoty disponibilní kapacity systému akumulace energie. Automatický systém managementu výkonu při poklesu pod danou dolní limitní hodnotu nebo při přetížení sítě odpojí zátěž s odpovídající kategorií přiřazené této limitní hodnotě aktivací nadproudové ochrany a při nárůstu nad horní limitní hodnotu nebo po odeznění přetížení sítě zpětně připojí zátěže odpovídající kategorie deaktivací nadproudové ochrany. Zátěže kategorie 1 nejsou automaticky odpojovány APMS systémem, avšak při vybití baterií pod úroveň LBCO (Low Battery Cut Out) stanovenou odpojovačem baterie dojde k jejich vypnutí z důvodu výpadku DC/AC měniče.The method of managing island networks with different loads is carried out in such a way that loads with a category greater than 1 are disconnected by command from an automatic power management system with four lower limit values of the available capacity of the energy storage system. The lower limit for Category 2 is 7% of the available capacity of the energy storage system, the lower limit for Category 3A is 20% of the available capacity of the energy storage system, the lower limit for Category 3B is 40% of the available capacity of the energy storage system. Category 3C is 60% of the available capacity of the energy storage system. The upper limit values of the available capacity of the energy storage system for connecting loads in each category are 5% higher than the lower limit values of the available capacity of the energy storage system. The automatic power management system, when dropping below a given lower limit or when the network is overloaded, disconnects the load with the corresponding category assigned to that limit by activating the overcurrent protection and reconnecting loads of the corresponding category by deactivating the overcurrent protection. Category 1 loads are not automatically disconnected by the APMS system, but if the batteries are discharged below the Low Battery Cut Out (LBCO) level specified by the battery breaker, they will shut down due to a DC / AC converter failure.

Ve druhém příkladném provedení dle Obr. 2 je ostrovní síť se systémem pro řízení výkonu a jištění zátěží také napájena ze solárních panelů (FV panely) připojených přes MPPT regulátor na systém akumulace energie, kde tento systém akumulace energie je silově spojený přes DC/ACIn the second exemplary embodiment of FIG. 2, an island network with a power management and load protection system is also powered from solar panels (PV panels) connected via an MPPT controller to an energy storage system, where the energy storage system is power coupled via DC / AC

-7 CZ 2017 - 546 A3 měnič na nadproudovou ochranu (PPS-O) měniče a dále na n dálkově ovládaných nadproudových ochran (PPS-1 až PPS-n) s různými zátěžemi. Ke každé nadproudové ochraně (PPS-1 až PPS-n) jsou připojeny zátěže stejné předem nastavené kategorie. Uživatelské rozhraní je připojeno datově na automatický kontrolní systém (ACS), který je dále připojený přes automatický systém managementu výkonu (APMS) na dálkově ovládané nadproudové ochrany (PPS-1 až PPS-n) zátěží a dálkově ovládanou nadproudovou ochranu (PPS-O) měniče, přičemž nadproudová ochrana (PPS-O) měniče je propojena datově s každou dálkově ovládanou nadproudovou ochranou (PPS-1 až PPS-n) zátěží. Tento automatický systém managementu výkonu slouží pro aktivaci nadproudové ochrany (PPS-1 až PPS-n) zátěží nebo deaktivaci nadproudové ochrany (PPS-1 až PPS-n) zátěží v závislosti na disponibilní kapacitě systému akumulace energie, přetížení ostrovní sítě nebo připojení zátěže s vysokým záběrovým proudem do ostrovní sítě. Automatický kontrolní systém v tomto příkladu provedení umožňuje odpojení zátěží kategorie vyšší než 1 na základě příkazu obsluhy z uživatelského rozhraní.-7 GB 2017 - 546 A3 converter for overcurrent protection (PPS-O) of the converter and on n remotely controlled overcurrent protection (PPS-1 to PPS-n) with different loads. To each overcurrent protection (PPS-1 to PPS-n) loads of the same preset category are connected. The user interface is connected data to an automatic control system (ACS), which is further connected via an automatic power management system (APMS) to remotely controlled overcurrent protection (PPS-1 to PPS-n) load and remotely controlled overcurrent protection (PPS-O) The overcurrent protection (PPS-O) of the inverter is connected in data with each remotely controlled overcurrent protection (PPS-1 to PPS-n) of the load. This automatic power management system is used to activate overload protection (PPS-1 to PPS-n) load or deactivate overload protection (PPS-1 to PPS-n) load depending on the available capacity of the energy storage system, island network congestion or load connection high traction current to the island grid. The automated control system in this exemplary embodiment allows disconnection of loads of category greater than 1 based on the operator command from the user interface.

V tomto příkladném provedení může být v ostrovní síti s různými zátěžemi automatický systém managementu výkonu spojen se čtyřmi dálkově ovládanými nadproudovými ochranami zátěží. Jednotlivým nadproudovým ochranám jsou přiřazeny zátěže rozdělené do kategorií dle priorit. K první nadproudové ochraně jsou připojeny zátěže kategorie 1. Ke druhé nadproudové ochraně jsou připojeny zátěže kategorie 2. Ke třetí a čtvrté nadproudové ochraně jsou připojeny zátěže kategorie 3.In this exemplary embodiment, in an island network with different loads, an automatic power management system can be coupled to four remotely controlled overcurrent load protection. The individual overcurrent protections are assigned loads divided into categories according to priorities. Category 1 loads are connected to the first overcurrent protection. Category 2 loads are connected to the second overcurrent protection. Category 3 loads are connected to the third and fourth overcurrent protection.

Způsob řízení výkonu a jištění zátěží v této ostrovní síti se zátěžemi čtyřech různých kategorií je prováděn tak, že zátěže s kategorií vyšší než 1 jsou připojovány prostřednictvím příkazu z automatického systému managementu výkonů se společnou dolní i horní limitní hodnotou disponibilní kapacity systému akumulace energie. Dolní i horní limitní hodnota pro kategorie 3 je 30 % disponibilní kapacity systému akumulace energie. Automatický systém managementu výkonu při poklesu pod tuto limitní hodnotu nebo při přetížení sítě odpojí zátěž kategorie 3 přiřazené této limitní hodnotě aktivací nadproudové ochrany a při nárůstu nad tuto limitní hodnotu nebo po odeznění přetížení sítě zpětně připojí zátěže s touto odpovídající kategorií deaktivací nadproudové ochrany. Dolní i horní limitní hodnota pro kategorie 2 je 15 % disponibilní kapacity systému akumulace energie. Automatický systém managementu výkonu při poklesu pod tuto limitní hodnotu nebo při přetížení sítě odpojí zátěž kategorie 2 přiřazené této limitní hodnotě aktivací nadproudové ochrany a při nárůstu nad tuto limitní hodnotu nebo po odeznění přetížení sítě zpětně připojí zátěže s touto odpovídající kategorií deaktivací nadproudové ochrany. Zátěže kategorie 1 nejsou automaticky odpojovány APMS systémem, avšak dojde kjejich vypnutí při vybití baterií pod úroveň LBCO (Low Battery Cut Out) stanovenou odpojovačem baterie z důvodu výpadku DC/AC měniče.The method of power management and load protection in this island network with loads of four different categories is carried out by loading loads with a category greater than 1 through a command from an automatic power management system with a common lower and upper limit of the available capacity of the energy storage system. The lower and upper limit values for category 3 shall be 30% of the available capacity of the energy storage system. The automatic power management system, when dropping below this limit or when the network is congested, disconnects the Category 3 load assigned to this limit by activating the overcurrent protection and reconnecting loads with this corresponding category by deactivating the overcurrent protection when rising above this limit. The lower and upper limit values for category 2 shall be 15% of the available capacity of the energy storage system. The automatic power management system, when dropping below this limit or when the network is congested, disconnects the Category 2 load assigned to this limit by activating the overcurrent protection and reconnecting loads with this corresponding category by deactivating the overcurrent protection when rising above this limit. Category 1 loads are not automatically disconnected by the APMS system, but will be turned off when the batteries discharge below the Low Battery Cut Out (LBCO) level specified by the battery breaker due to a DC / AC converter failure.

Pro spolehlivé stanovení disponibilní kapacity systému akumulace energie musí být kromě měření proudu a napětí baterií měřena i teplota. Zároveň při připojování zátěží jednotlivých kategorií zátěží, jejichž rozmezí je definováno limitními hodnotami disponibilní kapacity systému akumulace energie s uvážením hystereze, např. 5 % okolo limitní hodnoty disponibilní kapacity systému akumulace energie, je nutné aktuální hodnotu disponibilní kapacity systému akumulace energie udržet po minimální latentní dobu, např. 1 minutu pro připojení zátěže určité kategorie priority.In addition to measuring current and battery voltage, temperature must also be measured to reliably determine the available capacity of the energy storage system. At the same time, when connecting loads of individual load categories whose range is defined by the limits of the available capacity of the energy storage system, taking into account hysteresis, eg 5% around the limit value of the available capacity of the energy storage system, , eg 1 minute to connect a priority category load.

V následujícím textu budou uvedeny referenční příklady nastavení automatického systému managementu výkonů v ostrovních sítích pro dva různé typy měničů a dvě různě dimenzované bateriové banky.The following are reference examples of setting up an automatic power management system in island networks for two different types of inverters and two different sized battery banks.

V prvním referenčním příkladném provedení byl použit měnič 6,8 kW a jako systém akumulace energie bateriová banka 48 V, 375 Ah;In the first reference exemplary embodiment, a 6.8 kW converter was used and a 48 V, 375 Ah battery bank was used as an energy storage system;

V druhém referenčním příkladném provedení byl použit měnič 5,5 kW a jako systém akumulace energie bateriová banka 48 V, 375 Ah;In the second reference exemplary embodiment, a 5.5 kW converter was used and a 48 V, 375 Ah battery bank was used as an energy storage system;

-8CZ 2017 - 546 A3-8GB 2017 - 546 A3

Ve třetím referenčním příkladném provedení byl použit měnič 5,5 kW a jako systém akumulace energie bateriová banka 48 V, 275 Ah;In the third reference exemplary embodiment, a 5.5 kW inverter was used and a 48 V, 275 Ah battery bank was used as an energy storage system;

V referenčním příkladném provedení probíhá odpojování/připojování zátěží jednak při snížení/zvýšení disponibilní kapacity systému akumulace energie a jednak při přetížení/odlehčení sítě, které je monitorováno prostřednictvím APMS jako výstupní proud měniče. Na grafu 1 je znázorněna provozní charakteristika měniče Conext XW+ 8548 s trvalým maximálním výkonem 6,8 kW při 230 V. Znázorněná křivka představuje nejvyšší dovolené přetížení (výkonové zatížení) tohoto měniče v závislosti na čase. Jak je vidět z křivky grafu 1, při přetížení sítě například na 8,5 kW je tento měnič schopný udržet tuto zátěž po dobu 30 minut, než dojde k jeho výpadku, a při přetížení na 11 kW dojde k jeho výpadku už po 5 minutách.In the reference exemplary embodiment, load disconnection / coupling takes place both on decreasing / increasing the available capacity of the energy storage system and on overload / unloading the network, which is monitored by the APMS as the output current of the drive. Figure 1 shows the operating characteristics of the Conext XW + 8548 drive with a continuous maximum power of 6.8 kW at 230V. The curve shown represents the maximum permissible overload (power load) of this drive over time. As can be seen from the curve of graph 1, for example, at an overload of 8.5 kW, the inverter is able to maintain this load for 30 minutes before it fails, and at an overload of 11 kW it will fail even after 5 minutes.

Druhým monitorovaným vstupem je okolní teplota měniče, kdy křivky snížení trvalého výstupního výkonu měničů Conext XW+ 8548 a Conext XW+ 7048 v závislosti na okolní teplotě jsou znázorněny na grafu 2. Jak je vidět z grafu 2, v případě zvýšení okolní teploty měniče nad určitou provozní teplotu dojde k poklesu maximálního výkonu tohoto měniče, a tedy i kjeho možnému přetížení, a při zvýšení okolní teploty nad určitou maximální hodnotu dojde k výpadku měniče.The second monitored input is the ambient temperature of the drive, where the continuous output power curves of Conext XW + 8548 and Conext XW + 7048 in dependence on ambient temperature are shown in Figure 2. As shown in Figure 2, if the ambient temperature of the drive exceeds a certain operating temperature the maximum power of the inverter decreases, and therefore its possible overload, and the inverter fails when the ambient temperature rises above a certain maximum value.

V grafu 3 jsou znázorněny čtyři křivky vypínacích charakteristik při teplotě 25 °C, konkrétně jde o vypínací charakteristiky měniče, APMS, nadproudové ochrany vývodu měniče (I⁴t) a nadproudové ochrany vývodu 16 A (I²t). Nad teplotou okolí 25 °C se mění i maximální hodnota provozního proudu měniče. APMS si může v závislosti na teplotě okolí neustále charakteristiku APMS přepočítávat. Křivky vypínacích charakteristik pro ochranu vývodu měniče (I⁴t) a pro APMS byly stanoveny vhodnou aproximací z vypínací charakteristiky měniče. Vypínací charakteristika měniče i ochrany vývodu je dána výrobcem.Figure 3 shows the four tripping curves at 25 ° C, namely the tripping characteristics of the drive, APMS, drive overcurrent protection ( ¹⁴ t), and 16 A ( ¹² t) overcurrent protection. Above an ambient temperature of 25 ° C, the maximum value of the drive operating current also changes. Depending on the ambient temperature, the APMS can constantly recalculate the APMS characteristics. The tripping curves for the inverter outlet protection ( ¹⁴ t) and for the APMS were determined by a suitable approximation of the tripping characteristic of the drive. The tripping characteristics of the inverter and the outlet protection are specified by the manufacturer.

Příklad implementování těchto vypínacích charakteristik je možné ještě blíže vysvětlit na provedeních znázorněných na Obr. 1 a Obr. 2.An example of implementing these tripping characteristics can be explained in more detail in the embodiments shown in FIG. 1 and FIG. 2.

Na Obr. 1 je vypínací charakteristika měniče obsažena v bloku Měnič DC/AC, vypínací charakteristika navržená pro APMS je implementována v bloku APMS a vypínací charakteristika 16 A (I²t) může být implementována v blocích nadproudových ochran PPS-1 až PPS-n. Bloky nadproudových ochran PPS-1 až PPS-n mohou mít implementovanou i jinou, běžně používanou, vypínací charakteristiku, např. 13 A (I²t), 10 A (I²t) nebo 6 A (I²t).In FIG. 1, the tripping characteristic of the inverter is contained in the DC / AC converter block, the tripping characteristic designed for APMS is implemented in the APMS block, and the tripping characteristic of 16A ( ¹² t) can be implemented in the overcurrent protection blocks PPS-1 to PPS-n. The PPS-1 to PPS-n overcurrent protection blocks can also have other normally used trip characteristics, eg 13 A ( ¹² t), 10 A ( ¹² t) or 6 A ( ¹² t).

Na Obr. 2 je vypínací charakteristika DC/AC měniče obsažena v bloku Měnič DC/AC, vypínací charakteristika ochrany vývodu měniče (I⁴t) je implementována v bloku PPS-0, vypínací charakteristika navržena pro APMS je implementována v bloku APMS a vypínací charakteristika 16 A (I²t) je implementována v blocích nadproudových ochran PPS-1 až PPS-n. Bloky nadproudových ochran PPS-1 až PPS-n mohou mít implementovanou i jinou, běžně používanou, vypínací charakteristiku, např. 13 A (I²t), 10 A (I²t) nebo 6 A (I²t).In FIG. 2, the tripping characteristic of the DC / AC converter is included in the DC / AC converter block, the tripping characteristic of the inverter feeder protection (I ⁴ t) is implemented in the PPS-0 block, the tripping characteristic designed for APMS is implemented in the APMS block, I ² t) is implemented in the overcurrent protection blocks PPS-1 to PPS-n. The PPS-1 to PPS-n overcurrent protection blocks can also have other normally used trip characteristics, eg 13 A ( ¹² t), 10 A ( ¹² t) or 6 A ( ¹² t).

Princip logické selektivity umožňuje relativně jednoduchou a rychlou lokalizaci místa poruchy a následnou izolaci bez nutnosti časové nebo proudově časové odstupňované selektivity založené na křivce vypínací charakteristiky APMS. Systém logické selektivity funguje pro proudy vyžadující mžikové vypnutí, tj. pro časově nezávislou oblast. Pro zajištění selektivity v časově závislé oblasti slouží systém APMS, resp. charakteristiky nastavení startovacího proudu nadproudové ochrany.The logic selectivity principle allows relatively simple and fast location of the fault location and subsequent isolation without the need for time or current-time scaled selectivity based on the APMS tripping characteristic curve. The logic selectivity system works for currents requiring instantaneous tripping, i.e. for a time independent region. The APMS system resp. setting characteristics of the starting current of the overcurrent protection.

Princip logické selektivity spočívá v tom, že každá nadproudová ochrana má jeden vstup TRIP IN a jeden výstup TRIP OUT. Vstup TRIP IN nadřazené nadproudové ochrany PPS-0 slouží jako signál detekující, že některá podřazená nadproudová ochrana PPS-1 až PPS-n detekovala poruchu, bude ji vypínat a její TRIP OUT výstup je přiveden do nadřazené nadproudové ochrany PPS-0 a nabývá aktivní hodnoty v okamžiku, kdy buď dotčená nadřazená nadproudová ochrana,The principle of logic selectivity is that each overcurrent protection has one TRIP IN and one TRIP OUT output. The TRIP IN input of the PPS-0 master overcurrent protection serves as a signal detecting that any PPS-1 to PPS-n downstream overcurrent protection has detected a fault, will trip it and its TRIP OUT output is connected to the PPS-0 overcurrent protection and takes active values. when either the overcurrent protection concerned is concerned,

-9CZ 2017 - 546 A3 nebo této nadřazené nadproudové ochraně podřízená nadproudová ochrana, příp. obě detekovaly nadproud, který je třeba mžikově vypnout.-9GB 2017 - 546 A3 or this superior overcurrent protection subordinate overcurrent protection, resp. both detected an overcurrent that needs to be switched off instantaneously.

Pokud by se stalo, že nadřazená nadproudová ochrana PPS-0 obdržela signál na její vstup TRIP IN o tom, že podřazená nadproudová ochrana PPS-1 až PPS-n detekovala poruchu a nevypla ji, musí vypnout nadřazená nadproudová ochrana. Proto byla zavedena tzv. doba pozdržení pro nadřazené nadproudové ochrany, u nichž byl aktivován logický vstup TRIP IN. Tato doba pozdržení je 150 ms (40 ms detekce, 60 ms hašení oblouku, 50 ms bezpečnostní rezerva). Pokud po uplynutí této doby nedojde k zániku nadproudu, dojde k vypnutí nadřazené nadproudové ochrany, která detekovala poruchu.If the PPS-0 master overcurrent signal has received a signal to its TRIP IN that the PPS-1 to PPS-n downstream overcurrent has detected a fault and has not tripped it, it must turn off the overcurrent protection. Therefore, the so-called delay time has been introduced for higher-current overcurrent protections where the TRIP IN logic input has been activated. This hold time is 150 ms (40 ms detection, 60 ms arc extinguishing, 50 ms safety margin). If the overcurrent does not disappear after this time, the superior overcurrent protection that detects the fault is tripped.

Pokud není u nadproudových ochran aktivní vstup TRIP IN, pak při detekování poruchy nadproudovou ochranou dojde k mžikovému vypnutí poruchy aktivací nadproudové ochrany se záměrným zpožděním max. 20 ms.If the TRIP IN input is not active in overcurrent protection, then when the overcurrent protection is detected, the fault is tripped by activating the overcurrent protection with a deliberate delay of max. 20 ms.

V praxi při implementaci nadproudových ochran obvykle platí, že pokud se nadproudová ochrana automaticky aktivuje (odpojí zátěž) vlivem poruchy rozvodu nebo zátěže (nadproud nebo zkrat), žádný z nadřazených řídicích systémů APMS nebo ACS nemůže nadproudovou ochranu deaktivovat, pouze uživatel manuálně.In practice, when implementing overcurrent protection, if the overcurrent protection is automatically activated (disconnects the load) due to a fault in the distribution or load (overcurrent or short circuit), none of the APMS or ACS master control systems can deactivate the overcurrent protection, only the user manually.

Implementací časové nebo proudově časové odstupňované selektivity pomocí APMS ve spojení se systémem logické selektivity, který mají jednotlivé nadproudové ochrany implementovány, je možné dosáhnout plné selektivity.By implementing time or current-time scaled selectivity using APMS in conjunction with a logical selectivity system that individual overcurrent protections have implemented, full selectivity can be achieved.

Řízení výkonu a jištění zátěží v závislosti na disponibilní kapacitě banky (viz Tab. 1 a Tab. 3) je percentuálně identické pro různé stupně vybití. Doby provozu v jednotlivých režimech se liší v závislosti na odhadovaném výpočtovém zatížení. Z tohoto důvodu jsou i pro různé měniče při stejném odhadovaném výpočtovém zatížení vybíjecí časy a provozní režimy totožné (viz Tab. 1).Power management and load protection depending on the available capacity of the bank (see Table 1 and Table 3) is identical in percentage for different discharge levels. The operating times in each mode vary depending on the estimated design load. For this reason, the discharge times and operating modes are identical for different inverters at the same estimated design load (see Table 1).

V prvním a druhém referenčním příkladném provedení je použito bateriové banky stejné kapacity, proto se k oběma příkladům vztahuje stejná tabulka (Tab. 1) se shodnými dobami provozu v jednotlivých režimech v závislosti na odhadovaném výpočtovém zatížení. Ve třetím referenčním příkladu jsou tyto doby provozu odlišné (Tab. 3).In the first and second reference exemplary embodiments, a battery bank of the same capacity is used, therefore both examples refer to the same table (Table 1) with the same operating times in each mode depending on the estimated calculation load. In the third reference example, these operating times are different (Table 3).

Při odhadu disponibilní zbytkové kapacity bateriové banky z napětí v meziobvodu není nutné provádět individuální konfiguraci v závislosti na velikosti bateriové banky.When estimating the available residual capacity of the battery bank from the DC link voltage, it is not necessary to perform an individual configuration depending on the size of the battery bank.

Tab. 2 a Tab. 4 znázorňují příkladné postupy připojování a odpojování zátěží v závislosti na odebíraném proudu s uvedenými limitními hodnotami odebíraného proudu a latentní dobou jednotlivých zátěží. Toto nastavení umožňuje maximální krátkodobý výkon, tj. plné využití měniče. Její nastavení je provedeno individuálně pro každý použitý typ měniče.Tab. 2 and Tab. 4 illustrate exemplary procedures for connecting and de-energizing loads as a function of the current drawn, with the indicated current limit values and latency of the individual loads. This setting allows maximum short-term power, ie full utilization of the drive. It is set individually for each drive type used.

Nastavení automatického systému managementu výkonu APMS je závislé na jmenovitém proudu měniče, proto při shodném výkonu měniče 5,5 kW ve druhém a třetím referenčním příkladném provedení a různé kapacitě bateriové banky jsou shodné limitní hodnoty pro připojování/odpojování zátěží, viz Tab. 4, zatímco Tab. 2 znázorňuje hodnoty pro první referenční příklad použití s měničem o výkonu 6,8 kW.The setting of the APMS automatic power management system is dependent on the inverter rated current, therefore with identical inverter power of 5.5 kW in the second and third reference exemplary versions and different battery bank capacities, the limit values for connecting / disconnecting loads are identical, see Tab. 4, while Tab. 2 shows the values for the first reference example of use with a 6.8 kW inverter.

Při praktické realizaci tohoto řešení může mít systém ochran PPS implementovány následující funkce s různou předností vykonání, od nejvyšší: manuální vypnutí ochrany, systém nouzového vypnutí (hardwired) > systém ochrany před nadproudy (přetížení, zkrat) > systém logické selektivity - blokování ochran před nadproudy (systém logické selektivity pozdrží vypnutí ochran při detekci zkratového proudu, avšak nevyřazuje ho z provozu) > systém ochrany před nadproudy (load shedding - vazba na APMS) v režimu remote > systém dálkového zapnutí nebo vypnutí vývodu (vazba na APMS) > systém obousměrné nekritické komunikace ochran s APMS systémem (vazba na APMS).In the practical implementation of this solution, the PPS protection system can have the following functions with different execution prerequisites, from the highest: manual protection trip, hardwired system> overcurrent protection (overload, short circuit)> logic selectivity system - blocking overcurrent protection (logic selectivity system will delay the protection from short-circuit current detection but does not disable it)> load shedding (remote APMS) protection system in remote mode> remote on / off system (APMS coupled)> bidirectional non-critical system communication of protections with APMS system (link to APMS).

- 10CZ 2017 - 546 A3- 10GB 2017 - 546 A3

Ve výhodném provedení je systém ochran digitální s obousměrnou komunikací mezi systémem ochran PPS a automatickým systémem managementu výkonu APMS, přičemž mohou být implementovány následující funkce:In a preferred embodiment, the protection system is digital with bidirectional communication between the PPS protection system and the APMS automatic power management system, and the following functions can be implemented:

• volba místního ovládání s možností vyblokování automatického systému managementu výkonu APMS;• local control option with the option of blocking the APMS automatic power management system;

• funkce nouzového vypnutí nezávislého na ostatních systémech;• emergency stop function independent of other systems;

• logická selektivita ostrovního systému;• logical selectivity of the island system;

• dálkové zapnutí nebo vypnutí vývodu;• remote switching on or off of the outlet;

• sběr dat a předávání informací o zátěži a stavu ochrany PPS nadřazenému automatickému systému managementu výkonu APMS;• data collection and transmission of PPS load and protection status to the superior APMS automatic power management system;

• koordinace vypínacích charakteristik ochran s vypínacími charakteristikami měniče a systémem odpojování nebo připojování zátěží automatickým systémem managementu výkonu APMS při přetížení sítě.• coordination of the tripping characteristics of the protections with the tripping characteristics of the drive and the disconnection or load connection system by the APMS automatic power management system when the network is overloaded.

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Způsob řízení výkonu a jištění zátěží v ostrovních sítích s různými zátěžemi a systém k provádění tohoto způsobu jsou uplatnitelné pro všechny ostrovní instalace s napájením z obnovitelných zdrojů elektrické energie, případně ze zdrojů s omezenou možností dodávky okamžité a/nebo celkové elektrické energie. Výhodně je možné využít např. při projektování a realizaci budov s téměř nulovou spotřebou energie - NZEB.The method of power management and load securing in island networks with different loads and the system for carrying out this method are applicable to all island installations powered from renewable electricity sources or from sources with limited possibility of immediate and / or total electricity supply. It can be advantageously used for example in the design and construction of buildings with almost zero energy consumption - NZEB.

PATENTOVÉ NÁROKYPATENT CLAIMS

Claims

1. A method of power management and load protection in island networks with a DC / AC converter energy storage system and different loads, where each load connected to the island network via at least one overcurrent protects one category where categories starting with category 0 of the highest priority are marked alphanumeric codes according to decreasing priority and each category of load greater than 1 are assigned a lower limit value of the available capacity of the energy storage system and an upper limit value of the available capacity of the energy storage system. limit value of the available capacity of the energy storage system disconnected by activation of overcurrent protection connecting to the island network loads of the relevant category and when the available capacity of the energy storage system e Allergies above the respective upper limit of the available capacity of the energy storage system connected by deactivating the overcurrent protection connecting the loads of the relevant category to the island network, characterized in that for loads higher than 1 Inverters are performed by decreasing the value of fuse coordination of overcurrent protection tripping based on I ⁴ t tripping characteristic designed according to DC / AC converter characteristic, while continuously monitoring the output current of the DC / AC converter and gradually by increasing the fuse value of the coordination of the tripping characteristics of the overcurrent protection based on the tripping characteristic I ⁴ t designed according to the DC / AC converter characteristic.

Power management and load protection method in island networks according to claim 1, characterized in that when the available capacity of the energy storage system falls below the respective lower limit value of the available capacity of the energy storage system, the respective loads of category greater than 1 are disconnected only after the lower limit value of the available capacity of the energy storage system for a latent period of time while simultaneously increasing the available capacity of the energy storage system above the respective upper limit value of the available capacity of the energy storage system

- 11 EN 2017 - 546 A3 the relevant upper limit value of the available capacity of the energy storage system for a latent period.

Power management and load protection method in island networks according to claim 1 or 2, characterized in that the load categories are four, where category 0 is assigned loads necessary for the operation and control of the island network, category 1 is assigned loads providing additional network control , communication and operation of fire safety equipment, category 2 are assigned luminaires providing lighting of the building, sockets for connection of small loads and fans, and category 3 are assigned common circuits for use of the installation, where category 2 is lower limit value of available capacity of energy storage system 3 to 7% of the available capacity of the energy storage system and the upper limit value of the available capacity of the energy storage system selected from the range of 5 to 9% of the available capacity of the energy storage system The energy storage system shall be selected from the range of 11 to 17% of the available capacity of the energy storage system and the upper limit value of the available capacity of the energy storage system selected from the range of 14 to 20% of the available capacity of the energy storage system.

Power management and load protection method in island networks according to any one of the preceding claims, characterized in that category 0 is assigned loads necessary for the operation and management of the island network, and category 1 is assigned loads ensuring network management, communication and fire safety operation. equipment that category 2 is assigned to luminaires for lighting the object, sockets for connecting low loads and fans, that category 3A is assigned to sockets for normal use, lamps and circuits that cannot be controlled by consumption, category 3B is assigned to loads for which it is possible to continuously control the power consumption and that category 3C is assigned loads with high starting current, where for category 2 the lower and upper limit of the available capacity of the energy storage system is 5% ± 3% of the available capacity of the energy storage system e 3 A, the lower and upper limit of the available capacity of the energy storage system shall be 15% ± 5% of the available capacity of the energy storage system, for category 3B the lower and upper limit values of the available capacity of the energy storage system shall be 30% ± 8% for category 3C, the lower and upper limit of the available capacity of the energy storage system shall be 50% ± 10% of the available capacity of the energy storage system.

5. The method of power management and load protection in island networks according to claim 4, characterized in that when a high-current category 3C load is connected to the island network, the category 3A and 3B loads are disconnected by activating the appropriate overcurrent protections while continuously monitoring the output current. DC / AC converters and when disconnecting a high-current category 3C load from the island grid, the category 3A and 3B loads are connected again by deactivating the appropriate overcurrent protections.

Power management and load protection method in island networks according to any one of the preceding claims, characterized in that the upper limit value of the available capacity of the energy storage system for each load category is the same as its lower limit value of the available capacity of the energy storage system.

Power management and load protection method in island networks according to any one of the preceding claims, characterized in that the upper limit value of the available capacity of the energy storage system for each load category is 5% higher than its lower limit value of the available capacity of the energy storage system.

A method for controlling power and securing loads in island networks according to any one of the preceding claims, characterized in that the ambient / operating temperature of the converter is continuously monitored.