690V AC 결합기 상자 4 In 1 Out이 태양광 발전소의 AC 측 결함을 78%까지 줄이는 방법

남부 유럽의 상업용 규모 태양광 자산 운영업체는 12개 현장에서 85MW의 지상 장착형 PV 용량을 관리합니다. 각 현장에서는 690V AC를 출력하는 고전력 스트링 인버터를 사용합니다. 업그레이드하기 전에는 4개의 인버터와 승압 변압기 사이의 AC 측 연결이 전체 플랜트에서 가장 오류가 발생하기 쉬운 지점이었습니다. Soutya 690V AC 결합기 상자 4 In 1 Out으로 개조한 후 운영자는 6개월 만에 AC 측 오류 가동 중지 시간을 78% 줄였습니다.

고객의 배경과 운영 상황은 어땠나요?

이 회사는 2017년부터 2020년 사이에 건설된 여러 개의 5MW~10MW PV 발전소를 운영합니다. 각 발전소에서 4개의 인버터 그룹은 중전압 변압기에 들어가기 전에 별도의 정션 박스와 개별 스위치기어를 통해 690V AC를 공급합니다.

노후된 배선과 통합되지 않은 보호 장비가 신뢰성 문제가 되었습니다. 공장에는 소규모 O&M 팀이 근무했으며, AC 측 문제를 진단하는 데 평균 시간이 반나절을 넘었습니다. 지역이 더 짧은 병입 관세 창구로 이동함에 따라 소유자는 더 높은 가용성과 킬로와트시당 더 낮은 서비스 비용이 필요했습니다.

AC 측 배선에서 반복적으로 병목 현상이 발생하는 이유는 정확히 무엇입니까?

개조 전에는 각 인버터 출력이 별도의 성형 케이스 차단기, 볼트 연결 서지 어레스터 및 터미널 블록이 장착된 일반 690V AC 정션 박스로 연결되었습니다. 이 상자는 동일한 위상 간격이나 적절한 열 방출을 제공하지 않았습니다. 결함은 세 가지 주요 형태로 발생했습니다.

• 690V 피더의 느슨한 단자로 인해 과열 및 간헐적인 트립이 발생했습니다.
• 어레스터는 적절한 유형 2 조정 없이 장착되었으므로 낙뢰로 인한 과도 현상으로 인해 인버터 전력단이 1년에 두 번 손상되었습니다.
• 인버터 한 대를 유지 관리하려면 작동 중인 인클로저를 열어야 했기 때문에 작업자는 인버터 4개 그룹 전체를 종료해야 했고, 이로 인해 플랜트당 시간당 약 $920의 발전 손실이 발생했습니다.

수리 자재, 인건비, 수익 손실을 포함하여 이러한 AC 측 장애로 인한 연간 총 비용은 10MW 사이트당 23,000달러였습니다.

Soutya 690V AC 결합기 상자 4 In 1 Out을 선택하는 이유는 무엇입니까?

운영자는 세 가지 대안, 즉 현지 패널 제작업체의 표준 AC 배전반, 상업용 퓨즈 분리기 및 Soutya 상자를 검토했습니다. 패널 제작자는 IEC 61643-11에서 요구하는 Type-2 서지 보호 테스트를 통과한 690V AC 배전반을 제공하지 못했습니다. 퓨즈 분리에는 다운스트림 변압기와의 적절한 단락 조정이 부족했습니다.

Soutya 690V AC 결합기 상자 4 In 1 Out은 기존 전기 토폴로지와 정확히 일치했습니다. 4개의 690V AC 입력을 4개의 입력 회로 차단기와 단일 출력 차단기를 갖춘 하나의 보호 출력으로 병합합니다. 통합 서지 보호 장치는 IEC 61643-11에 따라 등급이 지정되었으며 인클로저 레이아웃은 케이블 연결 및 라이브 버스바를 위한 별도의 구획을 제공합니다. 이로 인해 이전 스위치기어에 비해 필요한 설치 공간이 60% 이상 감소되었습니다.

솔루션이 여러 사이트에 어떻게 배포되었나요?

설치 프로젝트는 4개월에 걸쳐 3단계로 진행되었습니다. 팀은 결함 이력이 가장 높은 발전소를 시범 현장으로 선택했습니다.

주요 단계는 다음과 같습니다.

1. 4개 인버터 그룹 중 하나의 AC 측 전원을 차단하고 기존 인클로저를 제거했습니다.
2. 변압기 근처의 기존 유니스트러트 프레임에 Soutya 상자를 장착했습니다.
3. 인버터에서 185mm² 구리 케이블 4개와 변압기에서 300mm² 케이블 1개를 종단 처리했습니다.
4. 인버터 출력 보호와 일치하도록 입력 차단기 정격을 구성하고 SPD를 690V AC 시스템 전압으로 설정했습니다.
5. 모니터링 출력을 RS485로 시운전하고 플랜트 SCADA에 대해 트립 임계값을 확인했습니다.

일반적인 어려움은 4개 인버터의 기존 출력 케이블이 길이가 다르고 트레이 경로가 다르다는 점이었습니다. 이로 인해 약간 불균형한 라인 임피던스가 발생했습니다. 해결책은 버스바 이퀄라이저 링크를 설치하고 각 그룹 내에서 케이블 길이를 다듬는 것이었습니다. 하루 동안의 완전 부하 작동 후에도 단자 온도는 일정하게 유지되었습니다.

공장은 어떤 측정 가능한 결과를 얻었습니까?

첫 설치 6개월 후 운영자는 파일럿 사이트를 과거 성능과 비교했습니다.

• AC 측 오류 빈도는 연간 12건에서 3건 미만으로 75% 감소했습니다.
• 690V AC 결함으로 인한 예정되지 않은 가동 중단 시간은 78% 감소했으며, 이는 연간 인버터 그룹당 최대 부하 작동 시간이 11.5시간 더 늘어난 것을 의미합니다.
• 생산 손실을 포함하여 AC 측 고장으로 인한 연간 비용은 10MW 플랜트당 21,000달러에서 5,500달러로 감소했습니다.
• 각 인버터 그룹의 설치 시간은 2일에서 4시간으로 단축되어 사이트당 인건비 $1,600를 절약했습니다.
• 유지 관리를 위해 단일 인버터를 분리할 때 더 이상 전체 그룹을 종료할 필요가 없습니다. 그룹은 75% 용량으로 온라인 상태를 유지합니다.

공장장은 뭐라고 말하나요?

운영자의 공장 엔지니어링 관리자는 그 효과를 다음과 같이 설명했습니다. "Soutya 690V AC 결합기 상자는 690V에서 겪었던 최악의 열 및 서지 오류를 제거했습니다. 12개월 동안 우리는 하나의 피더 터미널을 다시 조이지 않았으며 전체 블록의 생산을 중단하지 않고 단일 인버터를 분리할 수 있습니다. 이러한 변화는 이 프로젝트에서 그 자체로 가치가 있었습니다."

다른 산업 및 태양광 운영업체는 이 개조를 통해 무엇을 배울 수 있습니까?

이 사례는 원래 식물에만 국한되지 않고 여러 가지 교훈을 제시합니다.

• AC 측 보호는 DC 측 스트링 보호와 동일한 사양을 엄격하게 적용할 가치가 있습니다. IEC 61643-11 Type-2 테스트를 거친 SPD 및 IEC 62548 어레이 설계 사례가 AC 출력에 미러링되어야 합니다.
• 완전한 4-in-1-out 결합기 박스는 물리적 공간이 고정된 개조 공장에서 설치 노동력과 결함 찾기 시간을 줄여줍니다.
• 상자를 선택하기 전에 케이블 길이, 절연체, 트레이 라우팅을 검사하십시오. 차단 임피던스가 동일하면 핫스팟 위험이 줄어듭니다.

운영자가 프로젝트를 반복하는 경우 초기 배치에서 예비 상자 하나를 주문하고 시운전 중에 열화상 스캔을 수행합니다. 스캔을 통해 최종 터미널 점검 및 추적이 가능해졌기 때문입니다. 이후 이 회사는 동일한 690V AC 결합기 박스를 기존 10MW 발전소에 적용했으며 전체 85MW 포트폴리오에서 동일한 가용성 향상을 기대하고 있습니다.

업계 참고 자료:

• IEC 62548:2016 태양광(PV) 어레이 - 설계 요구 사항. (출처: https://webstore.iec.ch/publication/62548)
• IEC 61643-11:2011 저전압 서지 보호 장치 - 제11부: 저전압 전력 시스템에 연결된 SPD. (출처: https://webstore.iec.ch/publication/61643-11)