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Rifasamento e fotovoltaico in scambio
Presentazione ICAR Rifasamento e fotovoltaico in scambio -
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Impianto passivo La natura dei carichi determina univocamente l’andamento dei flussi delle potenze. 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. Contatore monodirezionale dell’ente fornitore TA del rifasatore Utenze passive Rifasamento
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Impianto passivo: dettaglio dei flussi di potenza
Il contatore monodirezionale ha due registri Eac è l’energia attiva consumata dall’impianto Erc è l’energia reattiva “consumata” dall’impianto: 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 Erc Eac Erc= Eru - Errif Eac Eru Errif Q P Utenze passive Rifasamento
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Impianto con generazione fotovoltaica
La presenza di un generatore rende possibile diversi andamenti dei flussi di potenza: diventa necessario un contatore bidirezionale. Anche il rifasatore deve essere in grado di funzionare su due quadranti. Contatore bidirezionale dell’ente fornitore TA del rifasatore Contatore del GSE Utenze passive Rifasamento Fotovoltaico
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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 Eru Errif Eap Utenze passive Rifasamento Fotovoltaico
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Dettaglio dei flussi di potenza
Presentazione ICAR Dettaglio dei flussi di potenza Eac 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 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” Eap Erc Eac - Eap Erc= Eru - Errif Eap Eac Eru Errif Q P Utenze passive Rifasamento Fotovoltaico
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Dettaglio dei flussi di potenza
Eac 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 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. Eap Erc Eap - Eac Erc= Eru - Errif Eac Eru Errif Eap Q P Utenze passive Rifasamento Fotovoltaico
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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: 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 Eap Erc Erc= Eru - Errif Eac Eru Errif Eap Utenze passive Rifasamento Fotovoltaico
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Un po’ di teoria Eac Eap Erc Erc ≤ 0,5 Eac Qu-Qr ≤ 0,5 Pu-Pf
Per soddisfare la condizione imposta dall’AEEG fino al deve valere la relazione e quindi, in termini di potenze medie quindi riscrivibile come dove φi è l’angolo dello sfasamento dell’impianto ante fotovoltaico ovvero Eap Erc Erc ≤ 0,5 Eac Pu - Pf Qu – Qr Qu-Qr ≤ 0,5 Pu-Pf Qr ≥ Qu – 0,5 (Pu – Pf) Pf Pu Qu Qr Qr ≥ Pu(tan φi – 0,5 (1– )) Pf Pu Utenze passive Rifasamento Qr ≥ Qi + 0,5Pf Fotovoltaico
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Un po’ di teoria Eac Eap Erc Erc ≤ 0,33 Eac Qu-Qr ≤ 0,33 Pu-Pf
Per soddisfare la condizione imposta dall’AEEG dal dovrà valere la relazione e quindi, in termini di potenze medie quindi riscrivibile come dove φi è l’angolo dello sfasamento dell’impianto ante fotovoltaico ovvero Eap Erc Erc ≤ 0,33 Eac Pu - Pf Qu – Qr Qu-Qr ≤ 0,33 Pu-Pf Qr ≥ Qu – 0,33 (Pu – Pf) Pf Pu Qu Qr Qr ≥ Pu(tan φi – 0,33 (1– )) Pf Pu Utenze passive Rifasamento Qr ≥ Qi + 0,33Pf Fotovoltaico
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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
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Calcolo del rifasatore: impianto ben rifasato
Il cos phi dell’impianto è Cos phi= Pu/radq(Pu2 + Qu2) / radq ( )= 0,9 ovvero è correttamente rifasato 120kW 60kvar 120kW 80kvar 20 kvar Utenze passive Rifasamento
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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– )) Pf Pu 120kW 80kvar 20 kvar 100kW Qr ≥ 120 (0,5 -0,5 (1- 100/120))=50kvar Q P Utenze passive Rifasamento Fotovoltaico
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Calcolo del rifasatore: impianto insufficientemente rifasato
b) Il cos phi dell’impianto è / radq ( )= 0,8 ovvero non è correttamente rifasato. Per rifasare a 0,9 servirebbero altri 30kvar oltre a quelli già installati (totale: 50kvar) 120kW 90kvar 120kW 110kvar 20 kvar Utenze passive Rifasamento
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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. Serve dunque aggiungere una potenza rifasante pari a 80kvar. In totale, nell’impianto si dovranno installare 100kvar. b) 20kW 90kvar 120kW 110kvar Qr ≥ Pu(tan φi – 0,5 (1– )) Pf Pu 20 kvar 100kW Qr ≥ 120 (0,75 -0,5 (1- 100/120))=80kvar Q Utenze passive Rifasamento Fotovoltaico P
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Calcolo del rifasatore: impianto con fotovoltaico preponderante
Poiché la potenza assorbita dalla rete è nulla, per evitare penali il rifasamento deve fornire tutta la potenza reattiva assorbita dall’impianto, ovvero 100kvar. Il rifasatore, sul quadrante di generazione, dovrà avere cos phi target pari a 1, e potenza a bordo sufficiente a questo scopo. 20kW 80kvar 80kW 100kvar 20 kvar 100kW Q P Utenze passive Rifasamento Fotovoltaico
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Presentazione ICAR 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.
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Criteri di scelta/2 Utilizzare rifasatori con condensatori in carta bimetallizzata dove: - sono necessarie lunghe durate - ci sono problematiche termiche Dove possibile, scegliere apparecchiature della famiglia FD25, se non ci sono problematiche di armoniche/risonanza può essere adeguato anche un rifasatore TC10. 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” 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
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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.
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Errato rifasamento di impianti industriali di scambio sul posto/2
Problematiche di posizionamento del TA (se PfPu) TA posizionato a valle del punto di connessione del fotovoltaico 10kW 45kvar Cos = 0,22 90kW TA del rifasatore Cos = 0,91 55 kvar Contatore del GSE 100kW 100kvar Utenze passive Rifasamento Fotovoltaico
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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
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Rifasamento automatico detuned
Errato rifasamento di impianti industriali di scambio sul posto/3 (segue) Una possibile soluzione del problema espresso alla slide precedente, consiste nel: Spostare il TA come nella figura sottostante, ove possibile. 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). 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
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Rifasamento automatico detuned
Difficoltà di misura su fv in scambio (segue) Impianto che non permette l’installazione del TA a valle del fotovoltaico Il cos phi target deve essere impostato a 1. 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) A IA + - B IB Fotovoltaico Carichi passivi Rifasamento automatico detuned
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! Rifasamento impianti “di vendita” An Qc=i0% x 100
Installare un rifasatore fisso per il rifasamento delle perdite a vuoto del trasformatore. Consigliabile mettere un FD25, o almeno TC10/20. An Qc=i0% x 100 Contatore dell’ente fornitore ! Attenzione alla tensione nominale del secondario del trafo. Contatore del GSE Rifasamento fisso Fotovoltaico
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Rifasamento impianti con fv in MT
Contatore dell’ente fornitore TA TV Il rifasatore potrà essere realizzato in bt, ma dovrà prendere i segnali di tensione e corrente in MT, a monte del fotovoltaico Y Contatore del GSE Carichi passivi Rifasamento automatico Fotovoltaico
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Rifasamento impianti con topologia complessa
Impianto con topologia complessa (ad esempio impianto ad anello…) dotato di impianto fotovoltaico. 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. Meglio distribuire il rifasamento sulle diverse cabine. Fotovoltaico
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