6-Fotovoltaico Rev2 FD - Periti Industriali Belluno

Rifasamento e fotovoltaico in scambio
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Impianto passivo
La natura dei carichi determina
univocamente l’andamento dei
flussi delle potenze.
Contatore
monodirezionale
dell’ente fornitore
TA del
rifasatore
E’ l’impianto industriale “tipico”, in
cui il rifasatore lavora solo nel
quadrante P-Q di utente, come
indicato nel seguito.
Il rifasatore riconosce
automaticamente il senso della
corrente, e se il TA è montato
“invertito”, si riporta da solo nella
condizione corretta.
Utenze
passive
Rifasamento
Impianto passivo: dettaglio dei flussi di
potenza
Eac
Il contatore monodirezionale ha due registri
Eac è l’energia attiva consumata dall’impianto
Erc
Erc è l’energia reattiva “consumata” dall’impianto:
Erc= Eru - Errif
Eac
La penale per basso cos phi viene applicata se
Erc > 0,5 Eac
(fino al 31/12/2015)
Erc > 0,33 Eac
(dal 1/1/2016)
Il rifasatore funziona nel quadrante di utente
Eac
Eru
Errif
Q
P
Utenze
passive
Rifasamento
Impianto con generazione fotovoltaica
La presenza di un generatore rende
possibile diversi andamenti dei flussi di
potenza: diventa necessario un
contatore bidirezionale.
Contatore bidirezionale
dell’ente fornitore
TA del
rifasatore
Anche il rifasatore deve essere in grado
di funzionare su due quadranti.
Contatore del
GSE
Utenze
passive
Rifasamento
Fotovoltaico
Dettaglio dei flussi di potenza
Eac
Eap
Erc
Il contatore bidirezionale ha tre registri:
Eac: energia attiva consumata dall’impianto
Eap: energia attiva prodotta dall’impianto
Erc= Eru - Errif: energia reattiva “consumata”
dall’impianto
Eac
Utenze
passive
Eru
Errif
Eap
Rifasamento
Fotovoltaico
Dettaglio dei flussi di potenza
Il registro dell’ energia attiva consumata dall’impianto
viene incrementato se la potenza attiva assorbita dalle
utenze passive è maggiore di quella generata
dall’impianto fotovoltaico:
Eac
Eap
Erc
Eac - Eap
Eac > Eap
Erc= Eru - Errif
Questa è la tipica situazione durante le ore di
funzionamento delle utenze, nei giorni lavorativi,
poiché nella maggior parte dei casi la potenza
dell’impianto fotovoltaico è inferiore alla potenza delle
utenze passive installate.
Il rifasatore funziona nel quadrante di “utente”
Eac
Eru
Eap
Errif
Q
P
Utenze
passive
Rifasamento
Fotovoltaico
Dettaglio dei flussi di potenza
Il registro dell’ energia attiva prodotta dall’impianto viene
incrementato se la potenza generata dall’impianto
fotovoltaico è maggiore di quella assorbita dalle utenze
passive:
Eac
Eap
Erc
Eac < Eap
Eap - Eac
Erc= Eru - Errif
Questo può accadere ad esempio nei giorni festivi e
durante le ferie, quando le utenze passive sono ferme.
Il rifasatore deve funzionare in un quadrante di
generazione, e quindi deve essere correttamente
parametrizzato , nonché deve essere verificato il senso
di inserzione del TA.
Eac
Eru
Errif
Eap
Q
P
Utenze
passive
Rifasamento
Fotovoltaico
Dettaglio dei flussi di potenza
Eac
Il registro dell’energia reattiva “consumata”
dall’impianto viene incrementato quando la potenza
reattiva chiesta dall’impianto è maggiore di quella
erogata dal rifasatore:
Eap
Erc
Eru > Errif
Erc= Eru - Errif
Questo registro viene sempre incrementato perché
non dipende dal verso dell’energia attiva ed il
rifasatore modula la potenza reattiva fornita per non
andare “in capacitivo”
La penale per basso cos phi viene applicata se:
Erc > 0,5 Eac
Eac
Utenze
passive
Eru
Errif
Eap
Rifasamento
Fotovoltaico
Un po’ di teoria
Eac
Per soddisfare la condizione imposta dall’AEEG fino al
31-12-2015 deve valere la relazione
Eap
Erc
Eac
Erc
Pu - Pf
≤ 0,5
e quindi, in termini di potenze medie
Qu – Qr
quindi
Qu-Qr
Pu-Pf
≤ 0,5
riscrivibile come
Pu
Qu
Pf
Qr
Qr ≥ Qu – 0,5 (Pu – Pf)
dove φi è l’angolo dello sfasamento dell’impianto ante
fotovoltaico
Qr ≥ Pu(tan φi – 0,5 (1–
ovvero
Utenze
passive
Rifasamento
Fotovoltaico
Qr ≥ Qi + 0,5Pf
Pf
))
Pu
Un po’ di teoria
Eac
Per soddisfare la condizione imposta dall’AEEG dal 11-2016 dovrà valere la relazione
Eap
Erc
Eac
Erc
Pu - Pf
≤ 0,33
e quindi, in termini di potenze medie
Qu – Qr
quindi
Qu-Qr
Pu-Pf
≤ 0,33
riscrivibile come
Pu
Qu
Pf
Qr
Qr ≥ Qu – 0,33 (Pu – Pf)
dove φi è l’angolo dello sfasamento dell’impianto ante
fotovoltaico
Qr ≥ Pu(tan φi – 0,33 (1–
ovvero
Utenze
passive
Rifasamento
Fotovoltaico
Qr ≥ Qi + 0,33Pf
Pf
))
Pu
Un po’ di teoria
Pftv
A
Q
Triangolo delle potenze
dell’impianto, con aggiunta della
potenza generata e consumata
sul posto.
φ
P
A’
Q
Triangolo delle potenze risultante:
l’angolo di sfasamento è
aumentato.
φ’
P-Pftv
Calcolo del rifasatore: impianto ben rifasato
a)
Il cos phi dell’impianto è
120kW
60kvar
Cos phi= Pu/radq(Pu2 + Qu2)
120 / radq (1202 + 602)= 0,9
ovvero è correttamente rifasato
120kW 80kvar
Utenze
passive
20 kvar
Rifasamento
Calcolo del rifasatore: impianto ben rifasato
Il rifasamento è ora insufficiente (il cos phi è di
0,32).
Per portarci nelle condizioni corrette, bisogna
fare in modo che la potenza reattiva assorbita
dall’impianto sia la metà di quella attiva, ovvero
10kvar.
Serve dunque aggiungere una potenza rifasante
pari a 50kvar, pari alla metà della potenza attiva
erogata dal fv.
a)
20kW
60kvar
Qr ≥ Pu(tan φi – 0,5 (1–
120kW 80kvar
20 kvar
100kW
Pf
))
Pu
Qr ≥ 120 (0,5 -0,5 (1- 100/120))=50kvar
Q
Utenze
passive
P
Rifasamento
Fotovoltaico
Calcolo del rifasatore: impianto
insufficientemente rifasato
b)
Il cos phi dell’impianto è
120kW
90kvar
120 / radq (1202 + 902)= 0,8
ovvero non è correttamente rifasato.
Per rifasare a 0,9 servirebbero altri 30kvar oltre a
quelli già installati (totale: 50kvar)
120kW 110kvar
Utenze
passive
20 kvar
Rifasamento
Calcolo del rifasatore: impianto
insufficientemente rifasato
Il rifasamento è ora ancora più urgente (il cos
phi è di 0,22).
Per portarci nelle condizioni corrette, bisogna
fare in modo che la potenza reattiva assorbita
dall’impianto sia la metà di quella attiva, ovvero
10kvar.
b)
20kW
90kvar
Serve dunque aggiungere una potenza rifasante
pari a 80kvar.
In totale, nell’impianto si dovranno installare
100kvar.
120kW 110kvar
20 kvar
100kW
Qr ≥ Pu(tan φi – 0,5 (1–
Pf
))
Pu
Qr ≥ 120 (0,75 -0,5 (1- 100/120))=80kvar
Q
Utenze
passive
Rifasamento
Fotovoltaico
P
Calcolo del rifasatore: impianto con
fotovoltaico preponderante
c)
20kW
Poiché la potenza assorbita dalla rete è nulla,
per evitare penali il rifasamento deve fornire
tutta la potenza reattiva assorbita dall’impianto,
ovvero 100kvar.
80kvar
Il rifasatore, sul quadrante di generazione,
dovrà avere cos phi target pari a 1, e potenza
a bordo sufficiente a questo scopo.
80kW 100kvar
20 kvar
100kW
Q
P
Utenze
passive
Rifasamento
Fotovoltaico
Criteri di scelta/1
L’installazione di un impianto fotovoltaico provoca una riduzione del cos phi medio dell’impianto.
Bisogna ricalcolare il valore di potenza capacitiva da installare.
Individuati i kvar necessari all’impianto, il rifasatore deve essere scelto in funzione delle correnti
armoniche nell’impianto (e del rischio di risonanza/cattiva convivenza con l’inverter) e delle
sollecitazioni termiche che dovrà sopportare.
• Per evitare problematiche di funzionamento dell’inverter dell’impianto fotovoltaico, preferire:
- rifasatori con induttanze di blocco se l’impianto è alimentato in MT
- rifasatori senza induttanze ma con condensatori rinforzati se l’impianto è alimentato
in bt.
I rifasatori composti da soli condensatori potrebbero creare problematiche allo stadio di uscita
dell’inverter, in caso questo sia dotato di filtri LC e quando non c’è un trasformatore di
isolamento interposto tra fotovoltaico e impianto elettrico preesistente.
Per impianti alimentati in MT:
Dove sono richieste piccole potenze reattive (<100kvar), scegliere apparecchiature della
famiglia FH20.
Dove sono richieste potenze > 100kvar scegliere preferenzialmente apparecchiature della
famiglia FD25.
Criteri di scelta/2
1. Utilizzare rifasatori con condensatori in carta bimetallizzata dove:
- sono necessarie lunghe durate
- ci sono problematiche termiche
2. Dove possibile, scegliere apparecchiature della famiglia FD25, se non ci sono
problematiche di armoniche/risonanza può essere adeguato anche un rifasatore TC10.
3. In caso sia necessario aggiungere un rifasatore automatico ad integrazione di uno già
esistente:
- non mischiare rifasatori con e senza induttanze di blocco
- distanziare opportunamente le tempistiche di intervento per evitare fenomeni di
“inseguimento”
4. Preferire rifasatori con elevato numero di gradini per evitare cattive regolazioni, che
potrebbero causare un cos phi medio inferiore a 0,9 con conseguenti penali in bolletta
Errato rifasamento di impianti industriali di
scambio sul posto/1
Rifasamento insufficiente
Se nell’impianto è presente un rifasatore e lo si lascia per compensare l’impianto anche dopo
l’aggiunta del fotovoltaico, si rischia di avere un cos phi inferiore a 0,9 con conseguente
pagamento delle penali “per basso cos phi” che possono erodere anche pesantemente i benefici
dell’impianto fotovoltaico.
L’ AEEG impone che le penali siano fatte pagare a tutti gli impianti con potenza impegnata
maggiore di 16,5kW.
Spesso le bollette non evidenziano le penali per basso cos phi, che vengono ignorate
dall’utente, salvo poi scoprire dopo qualche anno che i conti sul rientro economico
dell’investimento dell’impianto fotovoltaico “non tornano”.
Rifasamento con caratteristiche tecniche inadeguate
Se il rifasatore a compensazione dell’impianto non è adatto a convivere con correnti armoniche
(e l’inverter del fotovoltaico ne produce…), rischia di danneggiarsi e/o andare “in blocco”
causando la problematica del punto precedente e dunque il pagamento di penali.
Peggio ancora se si innescano fenomeni di risonanza tra l’inverter ed il rifasatore: in questo
caso si rischia di mandare “in blocco” l’inverter dell’impianto fotovoltaico, azzerandone la
produzione di energia. Il rischio è elevato in assenza di trasformatore di isolamento a monte del
fotovoltaico.
Errato rifasamento di impianti industriali di
scambio sul posto/2
Problematiche di posizionamento del TA (se PfPu)
TA posizionato a valle del punto di connessione del fotovoltaico
10kW
45kvar
Cos = 0,22
90kW
TA del
rifasatore
100kW
Utenze
passive
Cos = 0,91
55 kvar
Contatore del
GSE
100kvar
Rifasamento
Fotovoltaico
Errato rifasamento di impianti industriali di
scambio sul posto/3
Problematiche di posizionamento del TA (se Pf~Pu)
TA posizionato a monte del punto di connessione del fotovoltaico. Il TA sarà percorso da una
corrente con bassa componente sia attiva che reattiva. Il rifasatore può funzionare a singhiozzo,
poiché quando rifasa, la corrente nel TA si annulla.
TA del
rifasatore
Contatore del
GSE
Utenze
passive
Rifasamento
Fotovoltaico
Errato rifasamento di impianti industriali di
scambio sul posto/3 (segue)
Una possibile soluzione
precedente, consiste nel:
del
problema
espresso
alla
slide
1.Spostare il TA come nella figura sottostante, ove possibile.
2.Impostare il cos phi target del regolatore di potenza reattiva a 1
(verificare che la potenza reattiva del rifasatore sia uguale a quella assorbita
dall’impianto).
3.A questo punto il carico equivalente visto dal distributore di energia
è resistivo, e non si pagano più penali.
Fotovoltaico
Carichi passivi
Rifasamento
automatico detuned
Difficoltà di misura su fv in scambio (segue)
Impianto che non permette l’installazione del TA a valle del fotovoltaico
1.Il cos phi target deve essere impostato a 1.
2.I due TA “sorgenti” A e B dovranno avere lo stesso rapporto.
TA sommatore al quale il TA «B» viene collegato
invertendo il cablaggio, la corrente viene
sottratta e non sommata: al secondario il
segnale sarà IA – IB che è la corrente totale
dell’insieme dei carichi passivi)
IA
A
+
-
B
IB
Fotovoltaico
Carichi passivi
Rifasamento
automatico detuned
Rifasamento impianti con fv in MT
TA
Contatore
dell’ente
fornitore
TV
Il rifasatore potrà essere realizzato in
bt, ma dovrà prendere i segnali di
tensione e corrente in MT, a monte del
fotovoltaico
Y
Rifasamento
automatico
Carichi
passivi
Contatore del
GSE
Fotovoltaico
Rifasamento impianti con topologia
complessa
•
Impianto con topologia complessa (ad esempio impianto ad anello…) dotato di
impianto fotovoltaico.
a) Nel caso si decidesse di rifasare tutto in un punto (in una cabina), si potrebbero avere
problemi di sovratensione nel caso il rifasamento fosse, localmente, eccessivo.
b) Meglio distribuire il rifasamento sulle diverse cabine.
Fotovoltaico