Альтернативный режим с ваттметром

В процессе добавления поддержки новых типов инверторов мы столкнулись с тем, что не всегда возможно установить информационную связь с инверторами. Некоторые инверторы не имеют соответствующих внешних интерфейсов либо имеют зашифрованый протокол(например PowMr 4.5/6.5kW). Также мы получили запросы от владельцев grid-tie инверторов, которые хотели бы сбрасывать избыточную солнечную энергию своих систем в балластную нагрузку, а не ограничивать генерацию с помощью лимитеров. Для поддержки таких устройств мы разработали альтернативный режим работы SV701. В этом режиме вместо подключения к инвертору устройство SV701 подключается к ваттметру.

Теоретические основы

В данном методе для определения наличия лишней солнечной энергии используется контроль перетоков энергии переменного тока. В качестве опорной используется внешняя сеть переменного тока. Grid-tie инверторы либо гибридные инверторы в режиме так называемого подмеса работают так. В случае, когда солнечной энергии достаточно, они всю нагрузку питают от солнца. Когда солнечной энергии много, они снижают свою генерацию чтобы не было экспорта во внешнюю сеть. Когда солнечной энергии недосточно, в нагрузку начинает подмешиваться энергии внешней сети. Поэтому алгоритм регулировки выглядит так. На входе внешней сети устанавливается двунаправленный ватметр. Нагрузка на выходе инвертора повышается до тех пор, пока перестает хватать солнечной энергии и начинается небольшое потребление из внешней сети. Далее этот небольшой фиксированный импорт энергии поддерживается на постоянном уровне за счет регулировки потребления балластной нагрузки. Причем не обязательно это должен быть импорт. При желании точно также можно зафиксировать на определенном уровне и экспорт энергии во внешнюю сеть.

Практическая реализация

В продаже есть много ватметров/энергометров, которые заявлены как двунаправленые. Мы протестировали несколько моделей и выяснили, что многие из них не подходят для наших целей по тем или иным параметрам. Мы подобрали две недорогие подходящие модели - это TAC1100 и CM7646. Они имеют примерно одинаковые метрологические характеристики. Первая модель имеет свой экран и конструктив для установки на DIN рейку. Вторая выпускается в двух модификациях - с внутренним шунтом для токов до 20А и с токовым трансформатором для токов до 100А. Типовые схемы подключения в разных вариантах показаны ниже. Любой из этих ваттметров можно использовать с grid-tie инвертором или гибридным инвертором в режиме подмеса или в режиме генерации в сеть..

Типовая схема с ваттметром CM7646-AL

Типовая схема с ваттметром CM7646-AH

Типовая схема с ваттметром TAC1100

Управление через Андроид приложение

Управление в этом приложение подобно управлению в приложении для связи с инвертором. Блютуз сопряжение выполняется аналогично. Об этом можно почитать в основном разделе. Теперь в качестве целевой величины задается мощность на выходе ваттметра. Положительная величина означает импорт электроэнергии, отрицательная - экспорт. Коэффициент К1 задает общую скорость подстройки, коэффициент К2 - скорость реакции на большие скачки мощности. Также присутствует ограничитель выходной мощности MAX Reg Value. Следующая регулировка это Reg.Inversion, она задает как должен реагировать регулятор при повышении целевой величины - снижать или повышать мощность балластной нагрузки. Для приведеных типовых схем инверсия должна быть включена. Кнопка Calibrate необходима для подстройки системы под конкретный нагреватель и конкретное SSR реле. Калибровка обязательна, но ее достаточно выполнить однократно. Сам процесс калибровки длится около минуты. В это время устройство дважды производит прогон нагрузки от 0 до 100%. На время калибровки желательно отключить все остальные нагрузки в схеме кроме балластной нагрузки SV701. Или хотя бы обеспечить постоянный уровень потребления остальных нагрузок на время калибровки. В разделе Real-Time Data индицируются данные, получаемые от Ваттметра. Это текущая мощность, а также энергия. Ватметр TAC1100 подсчитывает экспорт и импорт энергии раздельно. Ватметтр CM7646 суммирует энергию с обоих направлений, поэтому вся она попадает в раздел импорта.

Как уже было сказано выше, в схеме с ваттметром наличие избыточной энергии определяется по ее перетокам. В качестве целевой величины необходимо задать уровень мощности из сети и система с помощью обратной связи будет пытаться ее поддерживать. Для большинства применений здесь разумно выставить 20-50Вт. При снижении выработки солнечной энергии инвертором SV701 будет снижать балластную нагрузку, при повышении - повышать. Подбор коэффициентов осуществляется так - если К1 мал, то регулировка будет происходить медленно, если слишком велик, то возможна перерегулировка системы вплоть до самовозбуждения. Аналогично с коэффициентом К2. Параметры по умолчанию вполне подходят для большинства систем.

Особенности режима

Регулировка мощности в такой системе не происходит мгновенно из-за инертности ваттметров. Поэтому при резких изменениях потребления или генерации системе необходимо время в несколько секунд чтобы вернуться к стационарной точке. В эти моменты возможны небольшие кратковременные перетоки энергии в обоих направлениях. Например, гибридный инвертор даже в режиме подмеса может давать в такие моменты генерацию в сеть. Пусть вас это не удивляет, это особенность режима подмеса. Такие перетоки всегда возможны в режиме подмеса и без участия SV701. Просто двунаправленый ваттметр позволяет увидеть эти перетоки.

Испытания с grid-tie инвертором SUN1000 G2 показали, что ваттметр вполне уживается со штатным лимитером этого инвертора. Система может наращивать балластную мощность с помощью ваттметра, однако дополнительно снижает генерацию во время попыток генерации в сеть.