5. Betrieb
5.1. Allgemeines
In Microgrid-Systemen (Hybrid-Statik) wird der Wechselstrombus von allen angeschlossenen Victron Power Banks gemeinsam gebildet und stabilisiert.
Im Gegensatz zu netzgekoppelten Anlagen mit einer starren Netzreferenz sind geringe Schwankungen bei Frequenz und Spannung während des Betriebs normal und zu erwarten. Diese Schwankungen sind Teil des Statik-Regelmechanismus und ermöglichen eine automatische Lastverteilung zwischen den Power Banks.
Geringfügige Frequenzabweichungen unter wechselnden Lastbedingungen sind daher ein funktionales Merkmal des Systems.
Betriebsmodus von Wechselrichtern/Ladegeräten
Stellen Sie während des Microgrid-Betriebs stets sicher, dass alle Wechselrichter/Ladegeräte in allen beteiligten Power Banks auf „Ein“ gestellt sind.
Ein Wechselrichter/Ladegerät darf nicht auf folgende Einstellungen eingestellt werden:
Nur Ladegerät oder
Nur Wechselrichter
Überprüfen Sie den korrekten Betriebsmodus für den physischen Schalter, in VE.Configure, das GX-Gerät und VRM (ggf.).
5.2. Vorgehensweise bei der Inbetriebnahme und Abschaltung
Trennen Sie alle Lasten vom Wechselstrombus des Microgrid. Stellen Sie sicher, dass der Wechselstrombus entlastet ist, bevor Sie das System unter Spannung setzen.
Schalten Sie alle Power Banks nacheinander ein. Schalten Sie jede Power Bank einzeln ein.
Warten Sie, bis alle Power Banks mit dem Microgrid verbunden sind. Jede Power Bank wird entweder:
einen bereits unter Spannung stehenden Wechselstrombus erkennen und sich mit diesem synchronisieren oder
sofern zulässig, einen Schwarzstart initiieren und den Bus unter Spannung setzen.
Schließen Sie die Lasten wieder an den Wechselstrombus an.
Bei der Inbetriebnahme überprüft jede Power Bank die Spannung an ihrem konfigurierten Wechselstromeingang. Es wird festgelegt, ob eine Synchronisation mit einem bestehenden Microgrid erfolgen muss oder ob der Betrieb selbstständig aufgenommen wird.
Warnung
Verbinden Sie keine zusätzlichen Power Banks, die bereits eingeschaltet sind, mit einem unter Spannung stehenden Wechselstrombus des Microgrids. Dies kann dazu führen, dass Vorrichtungen zur Überlastung oder zum Überstromschutz auslösen.
Sollte dies unbeabsichtigt geschehen, entstehen keine Schäden. Schalten Sie die betroffene Power Bank aus und starten Sie sie gemäß der oben beschriebenen Vorgehensweise neu.
Stellen Sie sicher, dass die Wechselrichter/Ladegeräte der Power Bank ausgeschaltet sind
Schalten Sie den Stromkreisunterbrecher an der Power Bank ein, um den Stromkreis vom Microgrid zum AC-IN-Anschluss des Wechselrichters/Ladegeräts anzuziehen.
Schalten Sie die Wechselrichter/Ladegeräte ein.
Die Power Bank erkennt den angezogenen Wechselstrombus, führt eine Synchronisierung durch und verbindet sich automatisch mit dem Microgrid.
Schalten Sie alle an den Wechselstrombus verbundenen Lasten aus, bevor Sie einzelne Power Banks oder das Microgrid als Ganzes abschalten. Dadurch wird der Strombedarf der verbleibenden Power Banks reduziert, wenn diese vom Netz genommen werden, und es werden vorübergehende Überlastungen während des Abschaltvorgangs verhindert.
Schalten Sie die Power Banks nacheinander aus. Dies kann ferngesteuert über das GX-Gerät oder vor Ort über den Schalter am Wechselrichter/Ladegerät erfolgen. Jedes Mal, wenn eine Power Bank vom Netz genommen wird, übernehmen die verbleibenden Einheiten über die Hybrid-Statik-Steuerung automatisch die Last, die zuvor von dieser Power Bank versorgt wurde. Warten Sie zwischen jeder Trennung einige Sekunden, damit sich der Wechselstrombus stabilisieren kann und unerwünschte Warn- oder Alarmmeldungen auf ein Minimum reduziert werden.
Der Wechselstrombus wird abgeschaltet, sobald die letzte Power Bank ausgeschaltet wird
Vergewissern Sie sich, dass am Wechselstrombus des Microgrid keine Spannung anliegt, nachdem alle Power Banks abgeschaltet wurden, bevor Sie Wartungsarbeiten oder Änderungen an der Verkabelung vornehmen.
Vorgehensweise zum Abschalten einer einzelnen Power Bank bei laufendem Betrieb des Microgrids
Stellen Sie sicher, dass die verbleibenden Power Banks über eine ausreichende Gesamtkapazität verfügen, um die volle Systemlast aufrechtzuerhalten, bevor Sie ein Gerät entfernen. Wird eine Power Bank ohne ausreichende Restkapazität entfernt, führt dies zu einer Überlastung der verbleibenden Einheiten und zum Abschalten des Microgrids.
Schalten Sie die Wechselrichter/Ladegeräte aus; die verbleibenden Power Banks übernehmen dann über die Hybrid-Statik-Steuerung automatisch die Last, die zuvor von der abgeschalteten Power Bank versorgt wurde.
Öffnen Sie den Stromkreisunterbrecher zwischen der zu entfernenden Power Bank und dem Wechselstrombus des Microgrids. Dadurch werden die Klemmen am Wechselstromeingang (vom Microgrid) sicher getrennt, sodass der Wechselrichter/Ladegerät entfernt werden kann.
Priorisieren Sie die Abschaltung des Systems.
Im Falle einer Gerätefehlfunktion, einer Sicherheitsgefährdung oder eines anderen Notfalls schalten Sie bitte alle Power Banks so schnell wie möglich aus. Halten Sie sich nicht an die vorgesehene Reihenfolge zum Abschalten.
Falls einzelne Power Banks nicht am Gerät ausgeschaltet werden können, öffnen Sie alle Stromkreisunterbrecher zwischen den Power Banks und dem Wechselstrombus des Microgrids, um das System zu trennen.
Starten Sie das Microgrid nach einer Notabschaltung erst wieder, wenn die Ursache des Notfalls ermittelt und behoben wurde. Überprüfen Sie vor der Wiederinbetriebnahme die gesamte Verkabelung (Wechselstrom und Gleichstrom), Schutzvorrichtungen und Batteriesysteme auf Anzeichen von Beschädigungen, Überhitzung oder Fehlern.
Befolgen Sie beim Neustart nach einer Notabschaltung die im Abschnitt Inbetriebnahme beschriebene Standard-Vorgehensweise für die Inbetriebnahme. Beginnen Sie mit einer einzigen Power Bank, die für den Schwarzstart ausgelegt ist, und fügen Sie die übrigen Einheiten nacheinander hinzu, wobei Sie bei jedem Schritt auf die korrekte Synchronisierung und ein stabiles Verhalten des Wechselstrombusses achten.
5.3. Wiederherstellung nach Auslösen des Stromkreisunterbrechers
Falls der Stromkreisunterbrecher zwischen einer Power Bank und dem Wechselstrombus des Microgrid auslöst:
Schalten Sie die betroffene Power Bank aus.
Ermitteln und beheben Sie die Ursache für die Auslösung. Stellen Sie sicher, dass keine Überlastung, kein Fehler in der Verkabelung und kein Konfigurationsproblem vorliegt.
Setzen Sie den Stromkreisunterbrecher zurück, um den Wechselstromanschluss zum Wechselstrombus des Microgrid wiederherzustellen.
Schalten Sie die Power Bank ein. Das Gerät synchronisiert sich mit dem unter Spannung stehenden Wechselstrombus und nimmt die Lastverteilung wieder auf
Sollte der Unterbrecher wiederholt auslösen, überprüfen Sie die Dimensionierung der Anlage, die Schutzkoordination und die Lastbedingungen, bevor Sie einen erneuten Neustart versuchen.
5.4. Batterieaufladung
In einem Victron-Microgrid-System verwaltet und lädt jede Power Bank ihre eigene Batterie unabhängig.
Zwar nutzen alle Power Banks den Wechselstrombus zur Stromversorgung über eine Hybrid-Statik-Regelung gemeinsam, doch ist der Wechselstrombus des Microgrids nicht für das koordinierte Aufladen der Batterien zwischen den Power Banks vorgesehen.
Jede Power Bank muss daher über eine eigene Ladequelle auf der Gleichstromseite verfügen, wie zum Beispiel:
Gleichstromgekoppelte PV-Anlagen (MPPT-Laderegler)
Gleichstromaggregat
Spezielles Wechselstromladegerät, das über eine externe Stromquelle (z. B. das Netz oder ein separates Aggregat) versorgt wird
Das Batteriemanagement – einschließlich der Überwachung des Ladezustands, der Ladesteuerung und der Schutzgrenzwerte – erfolgt lokal in jeder Power Bank. Es gibt keinen automatischen Ausgleich des Ladezustands zwischen verschiedenen Power Banks.
Anmerkung
Um das Aufladen der Batterie über das Netz oder ein Wechselstromaggregat zu ermöglichen, kann ein zusätzlicher Satz Wechselrichter/Ladegeräte im Modus „Nur Ladegerät“ betrieben werden.
Bei der Verwendung von VE.Bus-Wechselrichtern/-Ladegeräten kann deren separates VE.Bus-Netzwerk über eine MK3-USB-Schnittstelle per USB mit dem GX-Gerät der Power Bank verbunden werden.
5.4.1. Wichtige Hinweise für gleichzeitig vollständig geladene Power Banks
Wenn mehrere Victron Power Banks im Microgrid-Modus miteinander verbunden sind, gelten am Ende des Batterieladezyklus einige zusätzliche Voraussetzungen.
Im Interesse der allgemeinen Systemstabilität muss die hybride Statik-Regelung gewährleisten, dass mindestens eine der Power Banks einen Teil der Leistung aufnehmen kann, während das System bei der Anpassung von Spannung und Frequenz sein Gleichgewicht findet.
Wenn alle Batterien der Power Bank vollständig geladen sind und der Ladevorgang fortlaufend durchgeführt wird, kann die überschüssige Energie nirgendwohin fließen. Dies kann dazu führen, dass Strom zwischen den Power Banks hin- und herfließt, während diese versuchen, ein Gleichgewicht zwischen Verbrauch und Versorgung herzustellen, und möglicherweise die Batterien überladen (was dazu führt, dass sich die Power Bank vom Wechselstrombus trennt).
Um dies zu vermeiden, wenden Sie mindestens ein der folgenden Ladestrategien an.
Strategie 1: Laden Sie nicht alle Power Banks gleichzeitig vollständig auf.
Konfigurieren Sie den Ladevorgang so, dass mindestens eine Power Bank stets unter der vollständig geladenen Ladekapazität bleibt.
Diese Power Bank bietet somit einen Ladepuffer und kann überschüssige Energie aufnehmen. Dadurch kann das System weiterhin an der statikbasierten Lastverteilung teilnehmen und trägt zur Aufrechterhaltung der Stabilität des Wechselstrombussystems bei.
Strategie 2: Mindestgrundlast bei gleichzeitiger vollständiger Ladung
Sollten alle Power Banks gleichzeitig vollständig geladen sein, sind weitere Maßnahmen erforderlich.
Halten Sie eine minimale Wechselstromgrundlast aufrecht: Halten Sie eine fortlaufende Last von mindestens 2 % der Gesamtnennleistung aller verbundenen Power Banks am Wechselstrombus aufrecht. Dies kann durch eine spezielle Entlastungslast oder eine andere dauerhaft angeschlossene Last gewährleistet werden.
Die Grundlast sorgt für einen realen Bedarf am Wechselstrombus, sodass die Statik-Regelung das System weiterhin korrekt regeln kann.
Anmerkung
Diese Anforderung an die Grundlast gilt nur, wenn die Batteriespannung aller Power Banks die eingestellte Erhaltungsspannung erreicht oder überschreitet und ein Ladevorgang stattfindet.
Es besteht keine Anforderung an eine Grundlast, wenn die Batterien einen Ladezustand unter dem vollen Wert haben, da sie in diesem Fall stattdessen Energie aufnehmen können.
5.4.2. Warum es zu Unausgeglichenheiten kommt
In einem Microgrid-System verwaltet jede Power Bank ihre eigene Batterie eigenständig.
Im Laufe der Zeit kommt es zwangsläufig zu Unterschieden im Ladezustand der Power Banks, die auf Schwankungen bei der Stromversorgung (z. B. unterschiedliche Größe, Ausrichtung oder Verschattungsbedingungen der PV-Anlagen), Unterschiede in der Batteriekapazität oder altersbedingte Leistungsminderung sowie auf den individuellen Lastverlauf der Power Banks zurückzuführen sind, sofern die Statik-Parameter bewusst angepasst wurden.
Diese Unausgeglichenheiten sind ein normales Merkmal des Betriebs von Microgrids und müssen verstanden und gesteuert werden, um einen zuverlässigen Systembetrieb zu gewährleisten.
Was passiert, wenn die Batterie einer Power Bank leer ist?
Wenn sich der Ladezustand der Batterie einer Power Bank dem unteren Grenzwert nähert oder die Niederspannungsabschaltung erreicht wird, drosselt das Batteriemanagementsystem (BMS) oder die interne Schutzvorrichtung des Wechselrichters/Ladegeräts die Entladung und stellt sie schließlich ganz ein.
Das genaue Verhalten hängt vom Batterietyp und der BMS-Konfiguration ab, doch im Allgemeinen läuft es wie folgt ab:
Sobald die Batterie den Abschaltgrenzwert erreicht, schaltet sich der Wechselrichter/Ladegerät ab, und die Power Bank liefert keinen Strom mehr an den Wechselstrombus.
Der interne Transferschalter öffnet sich und trennt die Power Bank elektrisch vom Microgrid-Bus.
Die verbleibenden Power Banks am Wechselstrombus des Microgrids gleichen den Leistungsausfall durch eine Hybrid-Statik-Regelung aus. Die Busfrequenz verschiebt sich geringfügig, wodurch andere Einheiten ihren Ausgang proportional erhöhen.
Eine entladene Power Bank stellt keine Last für den Wechselstrombus dar. Im normalen Microgrid-Betrieb bezieht der Wechselrichter/Ladegerät über den Wechselstromeingang keinen Strom aus dem Microgrid, um seine eigene Batterie aufzuladen.
Wenn eine Power Bank aufgrund einer leeren Batterie vom Netz getrennt wird, verringert sich die insgesamt verfügbare Wechselrichterleistung am Wechselstrombus des Microgrids.
Die verbleibenden Power Banks übernehmen die zusätzliche Last automatisch. Sofern die verbleibende Kapazität ausreicht, läuft das System normal weiter, wobei eine leichte Anpassung der Busfrequenz und -Spannung erfolgt, um die erhöhte Last pro Einheit auszulösen.
Sollte der Ausfall einer Power Bank dazu führen, dass die verbleibenden Einheiten ihre Nennkapazität überschreiten, kann es zu einer Überlastung des Systems kommen. In diesem Fall weichen Frequenz und Spannung von den normalen Betriebsgrenzwerten ab und einzelne Geräte können aufgrund der Überlastung oder des Überstromschutzes abschalten. Aus diesem Grund sollte bei der Dimensionierung des Systems die Möglichkeit berücksichtigt werden, dass eine oder mehrere Power Banks aufgrund leerer Batterien ausfallen können.
Überwachung und frühzeitiges Eingreifen
Wenn in jeder Power Bank ein GX-Gerät installiert ist, können Sie den Ladezustand der Batterien im gesamten Microgrid mithilfe einer VRM-Portal-Installationsgruppe überwachen.
Erhebliche Unterschiede im Ladezustand der Power Banks sind ein frühes Anzeichen dafür, dass eine Einheit möglicherweise vor den anderen leer wird und sich abschaltet.
Sollte die Überwachung eine anhaltende Unausgeglichenheit des SoC aufzeigen, ermitteln Sie die zugrunde liegende Ursache. Zu den häufigen Ursachen zählen eine ungleiche Gleichstromladekapazität der Power Banks (d. h. wenn eine PV-Anlage zu klein dimensioniert oder teilweise durch Teilverschattung beeinträchtigt ist), eine geschädigte Batterie in einer Power Bank mit verminderter Nutzkapazität sowie Abweichungen bei den Statik-Parametern, die dazu führen, dass eine Power Bank unverhältnismäßig mehr Leistung liefert, als ihre Ladequelle aufrechterhalten kann.
In Systemen ohne GX-Geräte oder Fernüberwachung
Legen Sie einen regelmäßigen Inspektionsplan fest, um die Batteriespannung oder den Ladezustand jeder Power Bank zu überprüfen. Beheben Sie erhebliche Unausgeglichenheiten, bevor sie dazu führen, dass sich eine Power Bank unter Last unerwartet trennt.
Die Power Bank wurde aufgrund einer leeren Batterie (niedrige Batteriespannung) getrennt
Die Power Bank wird sich automatisch wieder mit dem Microgrid verbinden, sobald ihre Batterie aufgeladen ist (z. B. durch Solarstrom am nächsten Morgen). Die Einheit muss nicht manuell neu gestartet werden; sobald die Batteriespannung ausreichend ist, erkennt sie den angezogenen Wechselstrombus und führt eine Neusynchronisierung durch.