Co je technologie Voltage Ride-Through u PCS?

PCS Voltage Ride-Through (VRT) – úvod do technologie

• Autor: Zahraniční obchodní divize · Technické centrum
• Platné produkty: ENJOY EPCS125-AM / EPCS105-AM řada výkonových měničů pro akumulaci energie (PCS)

I. Přehled

Voltage Ride-Through (VRT) je povinný souladový požadavek pro síťově připojená výkonová elektronická zařízení (PCS, fotovoltaické střídače, měniče větrných elektráren atd.). Vyžaduje, aby zařízení při přechodné odchylce síťového napětí způsobené poruchou nebo jinou příčinou zůstalo připojeno k síti, aktivně ji podpíralo a podle dispečinku sítě obnovilo provoz – místo jednoduchého „zjistí podpětí a odpojí se“.

S neustále rostoucím podílem instalací obnovitelných zdrojů (v EU v roce 2025 podíl výroby z větru a fotovoltaiky překročil 40 %) vede tradiční strategie „střídač se při poruše odpojí od sítě“ k řetězovému vypínání – velký blackout v Austrálii 28. 9. 2016, blackout ve Velké Británii 9. 8. 2019 a blackout v Texasu v USA v roce 2021 byly přímo spojeny s kolektivním odpojováním zařízení obnovitelných zdrojů během poruch.

Cíle tohoto dokumentu:

1. Systematicky vysvětlit koncept, parametry a normy PCS Voltage Ride-Through
2. Porovnat rozdíly mezi hlavními světovými normami pro připojení k síti
3. Předložit naměřené schopnosti řady ENJOY EPCS125-AM z absolvovaných certifikací
4. Poskytnout vzory odpovědí pro realizaci projektů a upozornit na časté problémy

II. Co je Voltage Ride-Through

2.1 Základní definice

Voltage Ride-Through = schopnost PCS zůstat po stanovenou dobu připojen k síti při přechodné odchylce síťového napětí a podle potřeby sítě dodávat/absorbovat jalový výkon nebo udržovat činný výkon.

Anglický název "Ride-Through" doslova znamená „projet skrz“, což výstižně vyjadřuje „překonat tuto překážku, nepovolit řetěz“.

2.2 Tři hlavní kategorie

Jde o zásadní posun od „sebeochrany“ k „odpovědnosti vůči síti“. Síť potřebuje, aby PCS během poruchy:

1. Zůstal připojen (zamezení řetězového vypínání)
2. Dodával jalový výkon (podpora obnovy napětí)
3. Omezil činný výkon (zamezení zhoršování poruchy)
4. Po odstranění poruchy rychle obnovil normální výkon

III. Proč musí PCS disponovat schopností Voltage Ride-Through

3.1 Požadavky na stabilitu sítě

Po rozsáhlé integraci obnovitelných zdrojů do sítě klesá podíl synchronních generátorů klasických tepelných a vodních elektráren. Synchronní generátory mají přirozeně schopnosti průchodu poruchou, setrvačné odezvy a jalové podpory, zatímco výkonová elektronická zařízení tyto schopnosti musí aktivně simulovat.

3.2 Regulační a legislativní požadavky

Všechny hlavní současné světové síťové předpisy vyžadují u připojených zařízení schopnost VRT:

• Čína GB/T 34133-2017 „Technické požadavky na připojení systémů akumulace energie k elektrické síti"
• EU EN 50549-1/-2/-10 (2019~2022)
• Velká Británie G99 Issue 2 (včetně Amd 7, 2024)
• Severní Amerika IEEE 1547-2018
• Německo VDE-AR-N 4105/4110/4120
• Itálie CEI 0-21 / CEI 0-16
• Austrálie AS/NZS 4777.2:2020

Bez certifikátu VRT = nelze připojit k síti.

3.3 Nové požadavky na grid-forming (GFM/VSG) akumulaci

S klesajícím podílem synchronních generátorů začínají nové generace pravidel pro připojení (např. britský GC0137, australský CSIP-AUS, jihoafrický Grid Code 9.0) požadovat:

• Režim Grid-Forming (GFM): akumulace aktivně vytváří referenci napětí/frekvence sítě
• Virtual Synchronous Generator (VSG): simuluje setrvačnost, tlumení a primární regulaci frekvence synchronního generátoru
• Black Start: po úplném výpadku sítě akumulace samostatně naběhne a napájí zátěž

Všechny tyto schopnosti stojí na Voltage Ride-Through jako základu – zařízení, která nevyhoví VRT, se nemohou účastnit grid-formingu.

IV. Podrobný rozbor klíčových parametrů Voltage Ride-Through

4.1 Napěťově-časový profil (Voltage-Time Profile)

Toto je první tvrdý parametr VRT – definuje, že „když se síťové napětí nachází v dané oblasti, PCS musí zůstat připojen k síti“.

Typická křivka GB/T 34133-2017 (referenční)

Pod křivkou = oblast přípustného odpojení; nad křivkou = povinnost zůstat připojen.

Křivka EN 50549-10:2022 (pro akumulaci)

• 0,05 pu po dobu ≥ 150 ms
• 0,20 pu po dobu ≥ 625 ms
• 0,85 pu po dobu ≥ 3,0 s

IEEE 1547-2018 Category III (nejpřísnější)

• 0,0 pu po dobu ≥ 160 ms
• 0,30 pu po dobu ≥ 1,6 s
• 0,65 pu po dobu ≥ 3,0 s
• 0,88 pu po dobu ≥ 5,0 s

4.2 Koeficient jalové proudové odezvy k (Reactive Current Coefficient)

Vzorec:

$$\Delta I_q \geq k \cdot (U_0 - U_{measured})$$

kde:

• $U_0$: referenční hodnota normálního napětí (obvykle 0,9 pu)
• $U_{measured}$: aktuálně naměřené napětí
• k: koeficient odezvy, jednotka pu/pu

Vyšší hodnota k → silnější podpora napětí → síť ji lépe přijímá

Doba odezvy: po vzniku poruchy ≤ 20 ms (1 perioda síťového kmitočtu) jalový proud.

4.3 Priorita provozu během poruchy

Priorita (od nejvyšší po nejnižší):

$$\text{jalový proud (Q)} > \text{činný proud (P)}$$

Tedy: při poklesu napětí nejprve dodat jalový výkon pro stabilizaci napětí, poté řešit činný výkon.

Konkrétní strategie:

• Během LVRT: činný výkon lze snížit na 0 (GB/T, IEEE); EN 50549-10 u akumulace povoluje pokračovat v malém nabíjení (≤ 0,1 pu), což je unikátní výhoda BESS oproti FV
• Během HVRT: činný výkon snížen na 0, lze absorbovat jalový výkon pro snížení napětí

4.4 Obnova po odstranění poruchy

• Po odstranění poruchy ≤ 500 ms: činný výkon obnoven na ≥ 90 %
• Stoupavost proudu: ≤ 0,2 pu za periodu
• Kmitočtová odezva: během obnovy musí být rušení kmitočtu ≤ 0,5 Hz

V. Srovnání hlavních světových norem pro připojení k síti

5.1 Stručná referenční tabulka norem

5.2 Klíčové rozdíly

1. Nejpřísnější křivka: IEEE 1547-2018 Cat III (vyžaduje průchod 0 pu po dobu 160 ms)
2. Nejrychlejší odezva: EN 50549-10, G99 (vyžadují start injektáže jalového proudu do 10~20 ms)
3. Ustanovení specifické pro akumulaci: EN 50549-10 (během poruchy povoleno zpětné nabíjení)
4. Nejsložitější simulační požadavky: VDE-AR-N 4110/4120 (vyžadují model DIgSILENT PowerFactory)

VI. Naměřené schopnosti Voltage Ride-Through řady ENJOY EPCS125-AM

6.1 Představení produktu

Řada ENJOY EPCS125-AM je obousměrný akumulační PCS vyvinutý společností ENJOY pro evropský, australský a asijský trh, zahrnující 3 modely:

Klíčové technické parametry:

• Jmenovité napětí: 230/400 Vac (třífázové čtyřvodičové)
• Jmenovitý kmitočet: 50 Hz / 60 Hz automatická adaptace
• Topologie: dvouúrovňový IGBT + LCL filtr
• Verze softwaru: V200B000D000 (k roku 2025)
• Řídicí platforma: DSP + FPGA dvoujádrová architektura
• Komunikační rozhraní: RS485 / CAN / Ethernet (Modbus RTU/TCP, CAN 2.0B)

6.2 Absolvované certifikace související s VRT (zde je uvedena pouze část; podrobnosti certifikátů viz centrum certifikátů)

| # | Země/oblast | Číslo certifikátu | Norma | LVRT | HVRT | ZVRT | |---|---|---|:-:|:-:|:-:| | 1 | EU obecně | COCPVP0201925E-001 | EN 50549-1+10 | ✅ | ✅ | ✅ | | 2 | EU (MV) | COCPVP0201925E-002 | EN 50549-2+10 | ✅ | ✅ | ✅ | | 3 | Německo | 250194RECO01-CER | VDE-AR-N 4110/4120 | ✅ | ✅ | ✅ | | 4 | Velká Británie | COCPVP1007024E-001 | G99 Type D | ✅ | ✅ | ✅ | | 5 | Velká Británie | 2588AP060242001 | G100 | ✅ | ✅ | — | | 6 | Španělsko | 240375RECO01-CER | UNE 217001 | ✅ | ✅ | ✅ | | 7 | Španělsko | 240375RECO02-A/B | UNE 217002 | ✅ | ✅ | ✅ | | 8 | Itálie | COCPVP0308024E-001 | CEI 0-21 | ✅ | ✅ | ✅ | | 9 | Itálie | COCPVP0308024E-002 | CEI 0-16 | ✅ | ✅ | ✅ | | 10 | Francie | COCPVP0309625E-001/002 | Type A / Type B | ✅ | ✅ | ✅ | | 11 | Polsko | COCPVP0500525E-002 | Type D / NC RfG | ✅ | ✅ | ✅ | | 12 | Nizozemsko | COCPVP0500525E-003 | EN 50549 | ✅ | ✅ | ✅ | | 13 | Švédsko | COCPVP0500525E-004 | EN 50549 | ✅ | ✅ | ✅ | | 14 | Finsko | COCPVP0500525E-005 | EN 50549 | ✅ | ✅ | ✅ | | 15 | Česko | COCPVP0510025E-001 | EN 50549 | ✅ | ✅ | ✅ | | 16 | Dánsko | COCPVP0600525E-001 | EN 50549 | ✅ | ✅ | ✅ | | 17 | Rumunsko | COCPVP0600525E-002 | EN 50549 | ✅ | ✅ | ✅ | | 18 | Belgie | COCPVP0600525E-003 | Synergrid C10/11 | ✅ | ✅ | ✅ | | 19 | Maďarsko | COCPVP0703625E-001 | EN 50549 | ✅ | ✅ | ✅ | | 20 | Švýcarsko | COCPVP0703625E-002 | ESTI | ✅ | ✅ | ✅ | | 21 | Rakousko | COCPVP0206725E-001 | EN 50549 | ✅ | ✅ | ✅ | | 22 | Řecko | AOCPVP0909825E-001 | EN 50549 | ✅ | ✅ | ✅ | | 23 | Jihoafrická republika | COCPVP0500525E-001 | NRS 097-2-1 | ✅ | ✅ | ✅ | | 24 | Saúdská Arábie | DSS_PCS-25-1206 | SASO / IEC 62116 | ✅ | ✅ | — | | 25 | Austrálie | 100~125kW australský certifikát | AS/NZS 4777.2 | ✅ | ✅ | ✅ | | 26 | Austrálie/Nový Zéland | COCPVP1104724E-002 | AS/NZS 4777.2 + IEC 61727/62116 | ✅ | ✅ | ✅ |

Celkové pokrytí: 22 zemí + 2 kategorie (EU obecně MV/LV) = 24 sad oblastí připojení k síti.

6.3 Klíčové naměřené schopnosti (na základě dat z certifikačních testů)

6.3.1 Měření LVRT (na příkladu EN 50549-10:2022)

Testovací podmínky: 100 % jmenovitého výkonu (125 kW), 50 Hz, třífázový symetrický pokles, doba odezvy dynamického jalového proudu ≤ 20 ms.

6.3.2 Měření HVRT

6.3.3 Měření nesymetrických poruch

6.4 Dvoustopé ověření – simulační model a měření

ENJOY poskytuje pro rozsáhlé síťové projekty simulační model DIgSILENT PowerFactory:

• Soubor modelu: EPCS125.pfd
• MD5 kontrolní součet: 9051EAAF58492DDA68DA1AF3F8353D0C
• Simulační platforma: DIgSILENT PowerFactory 2024
• Související normy: VDE-AR-N 4110/4120 + FGW TR3 Rev. 26 / TR4 Rev. 10

Oblasti použití:

• Studie dopadu na síť v nabídkové fázi (Grid Impact Study, GIS)
• Analýza přechodné stability systému (Transient Stability)
• Simulační ověření schopnosti průchodu poruchou
• Analýza harmonické interakce při paralelním provozu více strojů

6.5 Zprávy třetích stran a certifikační orgány

Všechny testy jsou vydávány mezinárodně uznávanými třetími stranami SGS, TÜV, Intertek, DNV, CESI a testovací postupy odpovídají:

• ISO/IEC 17065 (systém certifikace produktů)
• IEC 61400-21-1 (metody měření kvality výkonu)
• FGW TR3 Rev. 26 (německé technické pokyny pro měření u výrobních zařízení)

Platnost každého certifikátu je 5 let, nejnovější certifikát VDE platí do 19. 6. 2030.

VII. Výhody BESS PCS oproti FV střídačům

Akumulační PCS je topologicky a způsobem řízení podobný fotovoltaickému střídači, ale obousměrný tok energie akumulace a flexibilní dispečink mu dávají unikátní schopnosti Voltage Ride-Through:

Závěr: v moderních elektrizačních soustavách již BESS PCS není pouze „síťové zařízení“, ale „aktivní aktivum pro podporu sítě“.

VIII. Klíčové body realizace projektu a časté problémy

8.1 Ověření verze normy

Problém 1: technická specifikace zákazníka odkazuje na zastaralou verzi normy.

• Častý jev: zadání uvádí „G99 Issue 1" nebo „EN 50549-1:2019", ale DSO již přešel na G99 Issue 2 Amd 7 / EN 50549-1+A1.
• Řešení: ve fázi nabídky ověřit aktuální předpisy DSO a v PQD jasně uvést číslo verze odkazované normy.

8.2 Schopnost nesymetrické poruchy

Problém 2: zadání uvádí pouze „LVRT", bez upřesnění, zda je požadována nesymetrická porucha.

• Většina DSO standardně požaduje kompletní sadu: třífázová symetrická + nesymetrická (jednofázová, dvoufázová).
• Řešení: jasně odpovědět „podporujeme 4 poruchové režimy: třífázový symetrický, fáze AB, fáze BC, fáze AN".

8.3 Hodnota k a proudové omezení

Problém 3: zákazník požaduje k ≥ 3,0, ale proudová přetížitelnost hardwaru PCS je ≤ 1,5 pu.

• Skutečná odezva bude kvůli proudovému omezení menší než teoretická hodnota k.
• Řešení: testovací zpráva musí jasně uvést „před proudovým omezením k=3,0, po omezení naměřené maximum k=1,4 pu".

8.4 Konfigurace DC Chopper

Problém 4: při LVRT u velkého BESS dochází ke zvýšení napětí DC meziobvodu, které poškozuje IGBT.

• Řešení: BESS nad 100 kW musí být vybaven aktivním IGBT DC chopperem (nikoli pasivním odporem).
• Řada ENJOY EPCS125-AM má vestavěný DC chopper, není třeba externí jednotka.

8.5 Záznam poruchy a zprávy třetích stran

Problém 5: nabídková odpověď obsahuje pouze čtyři slova „certifikace absolvována", bez konkrétních průběhů.

• DSO obvykle požaduje naměřené průběhy (5s záznam: 0,2 s před poruchou, průběh poruchy, 1 s po poruše).
• Řešení: poskytnout certifikované průběhy a originální data od třetích stran (SGS/TÜV).

8.6 Požadavky na simulační model

Problém 6: v nabídkové fázi zákazník požaduje simulaci v PSCAD/EMTDC.

• Model DIgSILENT PowerFactory je vhodný pouze pro RMS simulaci a není dostatečně přesný pro elektromagnetickou přechodovou analýzu (TOV, spínací rázy).
• Řešení: ověřit, zda zákazník akceptuje model DIgSILENT, nebo připravit zjednodušený model v PSCAD.

8.7 Paralelní provoz více jednotek

Problém 7: při paralelním provozu více PCS dochází k rezonanci PLL a falešným spouštěním.

• Řešení: ověřit zkušenosti s testy paralelního provozu více jednotek na místě, nebo si vyžádat od DSO údaje o impedanci sítě (zkratový výkon).

IX. Časté dotazy (FAQ)

Q1: Jaký je rozdíl mezi LVRT a voltage sag (poklesem napětí)?

A: Voltage sag je jev (krátkodobé snížení napětí), LVRT je schopnost zařízení (zůstat připojeno k síti během poklesu). Sag může být způsoben zkratem, rozběhem velkých motorů nebo zapnutím transformátoru.

Q2: Jaký je hlavní rozdíl mezi EN 50549-10 a EN 50549-1?

A: - EN 50549-1: obecné požadavky pro připojení k síti (pro všechna výrobní/akumulační zařízení) - EN 50549-10: příloha specifická pro akumulaci, zahrnuje zpětné nabíjení během LVRT, režim VSG, virtuální setrvačnost a další unikátní ustanovení

Q3: Má ENJOY EPCS125-AM certifikát VDE-AR-N 4105?

A: ENJOY EPCS125-AM získal certifikaci podle VDE-AR-N 4110:2023-09 (střední napětí, > 52 kW) a VDE-AR-N 4120:2018+A1:2024 (vysoké napětí). 4105 je určena především pro malá zařízení nízkého napětí (≤ 135 kW třífázově), může být použita, ale je třeba ověřit rozsah modelu.

Q4: Vyžaduje režim grid-forming (VSG/GFM) samostatnou certifikaci?

A: Závisí na požadavcích projektu. ENJOY EPCS125-AM-F již disponuje funkcí VSG (podrobnosti viz „Test report pro grid-forming PCS se síťovým/ostrovním přepínáním pomocí stykače"), ale některé DSO vyžadují samostatný certifikační proces GFM (např. britský GC0137, australský CSIP-AUS). Doporučuje se vyjasnit v nabídkové fázi se zákazníkem.

Q5: Lze poskytnout přizpůsobenou zprávu o Voltage Ride-Through pro konkrétní DSO (např. ČEPS, PSE, Transelectrica)?

A: Ano. ENJOY získal certifikaci ve všech výše uvedených 18 zemích a příloha každého certifikátu obsahuje naměřené průběhy a křivky požadované DSO dané země. V případě potřeby cílené odpovědi lze do 5 pracovních dnů vydat specifickou odpovědní tabulku.

X. Slovník pojmů

XI. Reference a seznam certifikací

11.1 Hlavní normy

1. GB/T 34120-2017 „Všeobecné technické podmínky výkonových měničů akumulace energie"
2. GB/T 34133-2017 „Technické požadavky na připojení systémů akumulace energie k elektrické síti"
3. EN 50549-1:2019+A1:2023 Requirements for generating plants to be connected in parallel with distribution networks
4. EN 50549-2:2019+A1:2023 Connection to MV distribution networks
5. EN 50549-10:2022 Additional requirements for storage plants
6. VDE-AR-N 4105:2018 Generators connected to LV distribution network
7. VDE-AR-N 4110:2023-09 Generators connected to MV distribution network
8. VDE-AR-N 4120:2018+A1:2024 Generators connected to HV distribution network
9. G99 Issue 2 Amendment 7 (2024) — UK
10. IEEE 1547-2018 — Standard for Interconnection and Interoperability of DER
11. AS/NZS 4777.2:2020 — Grid connection of energy systems via inverters
12. CEI 0-21:2022 + CEI 0-16:2022 — Italy
13. FGW TR3 Rev. 26 — Technical guidelines for generating plants (Germany)
14. FGW TR4 Rev. 10 — Simulation model (Germany)