Autore: Rossi Antonio Approvatore: Trova Marco Data: 04/01/2012. Tipo di inverter Modello di inverter Potenza CA nominale UNO-2.

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1 Inverter di stringa con trasformatore di isolamento ad alta frequenza Aurora Power-One: descrizione del metodo per messa a terra e controllo di isolamento Autore: Rossi Antonio Approvatore: Trova Marco Data: 04/01/2012 SCOPO Il presente documento ha l'obiettivo di fornire una descrizione del metodo per la messa a terra e per il controllo di isolamento sul lato CC (generatore FV) implementato negli inverter di stringa con isolamento HF (High Frequency, alta frequenza) Aurora Power-One. CAMPO DI APPLICAZIONE Nella seguente tabella sono riportati gli inverter cui il documento si riferisce: Tipo di inverter Modello di inverter Potenza CA nominale UNO-2.0-I-OUTD UNO-2.0-I-OUTD-S 2,0 kw UNO-2.5-I-OUTD Inverter monofase con UNO-2.5-I-OUTD-S 2,5 kw isolamento HF PVI-3.8-I-OUTD PVI-3.8-I-OUTD-S 3,8 kw PVI-4.6-I-OUTD PVI-4.6-I-OUTD-S 4,6 kw PVI-10.0-I-OUTD-400 Inverter trifase con PVI-10.0-I-OUTD-400-S 10,0 kw isolamento HF PVI-12.0-I-OUTD-400 PVI-12.0-I-OUTD-400-S 12,0 kw Tabella n. 1: inverter cui il presente documento si riferisce. 1

2 SCHEMA A BLOCCHI E METODO DI MESSA A TERRA DEGLI INVERTER Inv_Str-HF_Iso Ctrl and GND Method_IT_rev Nella seguente figura è riportato lo schema a blocchi dell'inverter monofase a doppio MPPT con isolamento HF (PVI-3.8/4.6-I-OUTD). Per gli inverter trifase (PVI-10.0/12.0-I-OUTD) lo schema a blocchi è lo stesso, con l'unica differenza che il convertitore CC/CA è a tre rami. Per gli inverter monofase a MPPT singolo (UNO- 2.0/2.5-I-OUTD) lo schema a blocchi è lo stesso, con l'unica differenza che un convertitore di ingresso CC//CC risulta mancante. 2

3 SWITCH CHANNEL 1 CHANNEL 1 CHANNEL 1 INPUT OVR INPUT EMI FILTER INPUT CURRENT SENSOR CHANNEL 1 INPUT ISOLATED // CONVERTER BULK CAPACITOR H-BRIDGE +IN 1.1 CHANNEL 1 INPUT CONNECTORS OUTPUT CURRENT SENSOR OUTPUT FILTER OUTPUT RELAY OUTPUT OVR OUTPUT TERMINAL BLOCK -IN 1.1 LINE NEUTRAL INPUT OVR INPUT EMI FILTER INPUT CURRENT SENSOR INPUT ISOLATED // CONVERTER PE +IN 2.1 INPUT CONNECTORS -IN 2.1 (+) (-) NONE POLE GROUNDED CONTROL LOGIC CIRCUITRY GROUNDING CABLE (inside the inverter) PTC Grounding Resistor (Nominal Resistance Value: 7.5kOhm) Figura n. 1: schema a blocchi per l'inverter monofase con isolamento HF Aurora Power-One. 3

4 Gli inverter con isolamento HF possono utilizzare array flottanti o array con messa a terra; è possibile eseguire la messa a terra del polo positivo o del polo negativo. All'interno degli inverter è possibile selezionare la messa a terra del positivo, la messa a terra del negativo oppure nessuna messa a terra (array flottanti) utilizzando un cablaggio dedicato, come illustrato nella seguente figura. (E) (D) (A) (B) (C) Figura n. 2: opzioni di collegamento per la messa a terra all'interno dell'inverter. (A): cavo di terra: nella figura è bloccato sulla posizione di flottante. (B): connettore di terra del negativo: il cavo di terra (A) deve essere collegato qui per eseguire la messa a terra del negativo. (C): connettore di terra del positivo: il cavo di terra (A) deve essere collegato qui per eseguire la messa a terra del positivo. (D): PTC di messa a terra (E): selezione interruttori rotativi standard della rete. A seconda della configurazione di messa a terra, le opzioni di configurazione dei canali di ingresso potrebbero essere limitate. In particolare: Messa a terra Polo positivo (+ ) Polo negativo (- ) Nessuna Configurazioni consentite dei canali di ingresso SOLO in parallelo Indipendente o in parallelo SOLO in parallelo Tabella n. 2: opzioni di messa a terra vs. configurazione dei canali di ingresso. 4

5 Nota: la configurazione indipendente dei canali di ingresso è consentita SOLO in caso di messa a terra del negativo. In caso di array con messa a terra del positivo o flottanti, l'unica configurazione possibile per i canali di ingresso è quella in parallelo. La configurazione di default (predefinita in fabbrica) dell'inverter è quella con messa a terra del negativo. Quando è selezionata una delle due opzioni con messa a terra, il collegamento per la messa a terra avviene attraverso un PTC Resistor. PTC è l'acronimo di "Positive Thermal Coefficient" (Coefficiente di temperatura positivo): il componente mostra una proporzionalità diretta tra il valore di resistenza e la temperatura. Le seguenti figure (estratte direttamente dalla scheda tecnica del componente) mostrano la resistenza in funzione della temperatura e la corrente in funzione della tensione attraverso il componente. Fare riferimento alla curva B59758B0110A070. Figura n. 3: curve tipiche di componenti PTC utilizzati per la messa a terra negli inverter con isolamento HF Aurora Power-One. Il meccanismo di controllo di isolamento varia in base alle condizioni di messa a terra degli array (con messa a terra o flottanti). ARRAY FLOTTANTI Nel caso in cui non sia stata selezionata la messa a terra, l'inverter controlla continuamente l'impedenza di isolamento sul lato CC: l'impedenza di isolamento misurata viene confrontata con una soglia regolabile (valore di default: 200 kohm) per rilevare una condizione di errore nella messa a terra sul lato CC. In particolare: 5

6 Prima di ogni connessione alla rete, l'inverter esegue la misurazione dell'impedenza di isolamento. Nel caso in cui il valore misurato sia inferiore alla soglia impostata (valore di default: 200 kohm), l'inverter non si connette alla rete. La soglia può essere regolata utilizzando il SW di configurazione dell'inverter. L'impedenza di isolamento misurata ( Riso) è visibile sul display dopo la connessione alla rete. Durante il funzionamento parallelo in rete, l'inverter esegue la misurazione dell'impedenza di isolamento. Nel caso in cui il valore misurato sia inferiore alla soglia impostata (valore di default: 200 kohm), l'inverter si disconnette dalla rete. La soglia può essere regolata utilizzando il SW di configurazione dell'inverter. Nella seguente figura è riportato lo schema a blocchi relativo alla misurazione del valore di isolamento R. Nota: in caso di array flottanti, l'unica configurazione consentita per i canali di ingresso è quella in parallelo. INPUT CHANNEL No.1 AC INVERTER GRID CONNECTIONS PV Array Channel No.1 INPUT CHANNEL No.2 PV Array Channel No.2 (-) (+) NONE POLE GROUNDED - Vg reading + Control Logic Circuitry Output Relay Control R-iso PTC Grounding Resistor GROUNDING CABLE INVERTER PE CONNECTION Figura n. 4: schema a blocchi relativo alla misurazione del valore di isolamento R per gli array flottanti. ARRAY CON MESSA A TERRA In caso di messa a terra, il polo utilizzato viene esaminato in riferimento al terminale dell'inverter PE utilizzando un PTC resistor. A seconda dello stato di connessione alla rete, l'inverter controlla l'isolamento sul lato CC in due modi diversi; tali controlli avvengono nello stesso modo per la messa a terra sia del positivo che del negativo. 6

7 Controlli preliminari: definizione dell'isolation Quality Factor (Iso QF) Inv_Str-HF_Iso Ctrl and GND Method_IT_rev Prima di ogni connessione alla rete, l'inverter esegue la misurazione dell'impedenza di isolamento mediante rimozione del collegamento a terra, ossia aprendo il contatto del relèin serie al resistore PTC di messa a terra. Tale controllo consente all'inverter di verificare lo stato del generatore FV rispetto alla terra, testando l'eventuale presenza di fenomeni di dispersione o collegamenti a terra aggiuntivi sul lato CC dell'impianto. Rimuovendo il collegamento a terra (mediante apertura dei contatti del teleruttore), se non sono presenti fenomeni di dispersione o collegamenti a terra aggiuntivi, la tensione del polo utilizzato per la messa a terra deve aumentare (messa a terra del negativo) o diminuire (messa a terra del positivo) rispetto alla terra. Per informazioni sui vari scenari possibili, fare riferimento alla seguente tabella. Gli inverter leggono il valore di tensione del polo selezionato per la messa a terra rispetto all'ingresso negativo durante l'intervallo di tempo in cui i contatti del teleruttore sono aperti, quindi confrontano tale valore con una soglia interna che dipende dalla tensione di ingresso e dalla soglia di R-iso per la connessione. La soglia di R-iso, impostata per default su 200 kohm, è regolabile attraverso il SW di configurazione dell inverter. STATO DEL CONTATTO DEL RELE MESSA A TERRA DEL POSITIVO MESSA A TERRA DEL NEGATIVO CHIUSI Vg=Vin Vg=0 APERTI Vg=Vin/2 Vg=Vin/2 7

8 Nota: in caso di messa a terra del positivo, l'unica configurazione consentita per i canali di ingresso è quella in parallelo. In caso di messa a terra del negativo, è possibile selezionare la configurazione desiderata per i canali di ingresso. Il confronto tra il valore di lettura della tensione e la soglia interna consente di definire un fattore di qualità per l'isolamento sul lato CC: il cosiddetto Iso QF. Questo parametro rappresenta una misurazione della qualità dell'isolamento: maggiore è il valore Iso QF, superiore risulta l'impedenza di isolamento. La soglia per la connessione alla rete è Iso QF=1: in caso di Iso QF=1, l'impedenza di isolamento è uguale alla soglia di R-iso impostata. Protezioni per il funzionamento in parallelo in rete Il valore nominale della resistenza PTC è pari a 7,5 kohm. Esso aumenta (fino a raggiungere un valore in MOhm, conformemente allo schema nella figura n. 2) quando una corrente attraversa il componente causandone un incremento di temperatura. A causa del fatto che il resistore è collegato alla messa a terra, la corrente che attraversa il resistore è una corrente di dispersione. La tensione attraverso il PTC resistor di messa a terra viene rilevata dai circuiti logici; in base alla misurazione della tensione, i circuiti logici fanno sì che i relè in parallelo della rete disconnettano l'inverter dalla rete stessa. Figura n. 5: scenario di errore con messa a terra del negativo selezionata. Esistono due livelli di protezione correlati al valore Vg (tensione attraverso il PTC resistor di messa a terra): - 30 V per più di 2 secondi - 60 V per più di 500 msec Il superamento della soglia causa la disconnessione dell'inverter dalla rete. Il principale vantaggio della soluzione PTC per la messa a terra è rappresentato dalla possibilità di rilevare una corrente di dispersione sul lato CC dell'impianto e di risolvere la condizione di errore grazie all'elevato valore di resistenza che il componente è in grado di raggiungere. Inoltre, il PTC consente un auto-ripristino dell'inverter, che viene attivato non appena cessa il flusso della corrente di dispersione. 8