Comment le boîtier de combinaison 690 V CA 4 en 1 a réduit de 78 % les défauts côté CA d'une centrale solaire

Un opérateur d'actifs solaires à l'échelle commerciale dans le sud de l'Europe gère 85 MW de capacité photovoltaïque au sol sur douze sites. Chaque site utilise des onduleurs string haute puissance produisant 690 V CA. Avant la mise à niveau, la connexion côté CA entre quatre onduleurs et un transformateur élévateur était le point le plus sujet aux pannes de toute l'usine. Après la mise à niveau avec le boîtier de combinaison Soutya 690 V AC 4 In 1 Out, l'opérateur a réduit les temps d'arrêt dus aux pannes côté AC de 78 % en six mois.

Quel était le parcours du client et sa situation opérationnelle ?

L'entreprise exploite plusieurs centrales photovoltaïques de 5 MW à 10 MW construites entre 2017 et 2020. Dans chaque centrale, des groupes de quatre onduleurs fournissent 690 V CA via des boîtes de jonction séparées et un appareillage de commutation individuel avant d'entrer dans un transformateur moyenne tension.

Le câblage vieillissant et les équipements de protection non intégrés étaient devenus un problème de fiabilité. Les usines étaient dotées d'une petite équipe d'exploitation et de maintenance, et le temps moyen nécessaire pour diagnostiquer un problème côté climatisation dépassait une demi-journée. Alors que la région évoluait vers des fenêtres de tarifs de rachat plus courtes, le propriétaire avait besoin d'une plus grande disponibilité et d'un coût de service par kilowattheure inférieur.

Qu’est-ce qui a fait exactement de leur câblage côté CA un goulot d’étranglement récurrent ?

Avant la mise à niveau, chaque sortie de l'onduleur était reliée à une boîte de jonction générique de 690 V CA équipée de disjoncteurs à boîtier moulé séparés, de parasurtenseurs boulonnés et de borniers. Ces boîtiers n'offraient pas un espacement de phase égal ni une dissipation thermique adéquate. Les défauts se sont produits sous trois formes principales :

• Des bornes desserrées sur les départs 690 V ont provoqué une surchauffe et des déclenchements intermittents.
• Les parafoudres ont été montés sans coordination appropriée de type 2, de sorte que les transitoires induits par la foudre ont endommagé les étages de puissance de l'onduleur deux fois en un an.
• Étant donné que la maintenance d'un onduleur nécessitait l'ouverture d'une enceinte sous tension, les travailleurs ont dû arrêter l'ensemble du groupe de quatre onduleurs, entraînant des pertes de production d'environ 920 $ par heure et par usine.

Le coût annuel total de ces pannes du côté CA (y compris les matériaux de réparation, la main d'œuvre et la perte de revenus) s'élevait à 23 000 $ par site de 10 MW.

Pourquoi choisir le boîtier de combinaison Soutya 690 V AC 4 en 1 sortie ?

L'opérateur a examiné trois alternatives : des tableaux de distribution CA standard provenant d'un constructeur de tableaux local, des sectionneurs à fusibles commerciaux et le boîtier Soutya. Le constructeur de tableaux n'a pas pu fournir un tableau de distribution 690 V CA ayant réussi les tests de protection contre les surtensions de type 2 requis par la norme CEI 61643-11. Les sectionneurs à fusible manquaient d'une bonne coordination de court-circuit avec le transformateur en aval.

Le boîtier de combinaison Soutya 690 V AC 4 en 1 sortie correspondait exactement à la topologie électrique existante. Il fusionne quatre entrées 690 V CA en une sortie protégée avec quatre disjoncteurs d'entrée et un seul disjoncteur de sortie. Le dispositif de protection contre les surtensions intégré est conforme à la norme CEI 61643-11 et la disposition du boîtier fournit des compartiments séparés pour le câblage et les jeux de barres sous tension. Cela a réduit l'encombrement nécessaire de plus de 60 % par rapport à l'appareillage précédent.

Comment la solution a-t-elle été déployée sur plusieurs sites ?

Le projet d'installation s'est déroulé en trois phases sur quatre mois. L’équipe a sélectionné comme site pilote l’usine ayant l’historique de pannes le plus élevé.

Les principales étapes étaient :

1. Mise hors tension du côté CA d'un groupe de quatre onduleurs et retrait du boîtier existant.
2. Monté le boîtier Soutya sur un châssis unistrut existant à proximité du transformateur.
3. Terminaison de quatre câbles en cuivre de 185 mm² depuis les onduleurs et d'un câble de 300 mm² vers le transformateur.
4. J'ai configuré les valeurs nominales du disjoncteur d'entrée pour qu'elles correspondent à la protection de sortie de l'onduleur et réglé le SPD sur la tension du système de 690 V CA.
5. Mise en service de la sortie de surveillance sur RS485 et vérification des seuils de déclenchement par rapport au SCADA de l'usine.

Une difficulté typique était que les câbles de sortie existants des quatre onduleurs avaient des longueurs différentes et reposaient sur des chemins de chemin différents. Cela provoquait des impédances de ligne légèrement déséquilibrées. La solution consistait à installer des liaisons d'égalisation de jeu de barres et à réduire la longueur des câbles au sein de chaque groupe ; la température du terminal est restée uniforme après une journée de fonctionnement à pleine charge.

Quels résultats mesurables l’usine a-t-elle obtenus ?

Six mois après la première installation, l'exploitant a comparé le site pilote avec ses performances historiques :

• La fréquence des pannes côté CA est passée de douze incidents par an à moins de trois, soit une réduction de 75 %.
• Les temps d'arrêt imprévus dus à des pannes de 690 V CA ont diminué de 78 %, ce qui représente 11,5 heures supplémentaires de fonctionnement à pleine charge par groupe d'onduleurs et par an.
• Le coût annuel des pannes du côté CA, y compris la perte de production, a diminué de 21 000 $ à 5 500 $ par centrale de 10 MW.
• Le temps d'installation de chaque groupe d'onduleurs est passé de deux jours complets à quatre heures, ce qui représente une économie de 1 600 $ en main d'œuvre par site.
• L'isolement d'un seul onduleur pour la maintenance ne nécessite plus l'arrêt de l'ensemble du groupe ; le groupe reste en ligne à 75% de sa capacité.

Que dit le directeur de l'usine ?

Le responsable de l'ingénierie de l'usine de l'opérateur a décrit l'effet : "Le boîtier de combinaison Soutya 690 V AC a éliminé les pires pannes thermiques et de surtension que nous avons eues à 690 volts. En douze mois, nous n'avons pas resserré une borne d'alimentation et nous pouvons isoler un seul onduleur sans arrêter la production pour l'ensemble du bloc. Ce changement s'est avéré rentable dans ce projet. "

Que peuvent apprendre les autres opérateurs industriels et solaires de cette rénovation ?

Ce cas met en lumière plusieurs enseignements, qui ne se limitent pas à l’usine d’origine.

• La protection côté CA mérite la même rigueur de spécification que la protection de chaîne côté CC. Les SPD testés selon la norme CEI 61643-11 de type 2 et les pratiques de conception des réseaux CEI 62548 doivent être reflétées sur la sortie CA.
• Un boîtier de combinaison complet 4 en 1 réduit le travail d'installation et le temps de recherche de pannes, dans les usines de rénovation où l'espace physique est fixe.
• Avant de choisir un boîtier, inspectez les longueurs des câbles, l'isolation et le routage des plateaux ; une impédance de blocage égale réduira le risque de point chaud.

Si l'opérateur devait répéter le projet, il commanderait une boîte de rechange dans le lot initial et effectuerait des analyses d'imagerie thermique lors de la mise en service, car ces analyses effectuaient les vérifications finales du terminal et étaient traçables. La société a depuis appliqué le même boîtier de combinaison 690 V CA à ses anciennes centrales de 10 MW et s'attend à la même amélioration de la disponibilité sur l'ensemble du portefeuille de 85 MW.

Références industrielles :

• CEI 62548 : 2016 Groupes photovoltaïques (PV) — Exigences de conception. (Source : https://webstore.iec.ch/publication/62548)
• CEI 61643-11:2011 Dispositifs de protection contre les surtensions basse tension — Partie 11 : SPD connectés à des systèmes électriques basse tension. (Source : https://webstore.iec.ch/publication/61643-11)