Forsyningsstyring 2.0: regulator til energiudvindingsanlæg med ekstra funktioner Phoenix Contact tilbyder en certificeret løsning til fotovoltaiske systemer.
Resumé
Netoperatører er forpligtet til at levere så meget vedvarende energi som muligt til nettet uden at bringe stabiliteten i fare. Regulatorer til energiudvindingsanlæg, dvs. styreenheder til elproduktionssystemer, bruges derfor til at styre og regulere virknings- og blindeffekten. De certificerede enheder fra Phoenix Contact kan endnu mere takket være den underliggende PLCnext Technology.
Systemoversigt over et solcelleanlæg med forsyningsstyring
Energiproduktion og netkvalitet: en udfordring for energiomstillingen
Ifølge det tyske ministerium for økonomi og energi er vedvarende energi den vigtigste kilde til elektricitet i Tyskland. Som en central søjle i energiomstillingen vokser dens andel af elforbruget støt: fra omkring 6 % i 2000 til 46 % i 2022. Ved udgangen af 2022 producerede omkring 2,6 mio. fotovoltaiske (PV) systemer omkring 66 GW strøm som en del af vedvarende energi. Men den stadige stigning i antallet af installerede solceller i både lav- og mellemspændingsnettet giver betydelige udfordringer. Det skyldes, at decentrale energiudvindingsanlæg også skal yde deres bidrag til at sikre netkvaliteten.
Frekvens og spænding bruges som relevante parametre til deres evaluering. Netfrekvensen afhænger af virkeeffektbalancen i nettet. Hvis generatorerne leverer mere virkeeffekt til nettet, end forbrugerne har brug for, stiger netfrekvensen. Netspændingen påvirkes på den anden side af nettets blindeffektbalance. Hvis efterspørgslen efter blindeffekt stiger her, fører det til en reduktion i netspændingen.
Tekniske og lovgivningsmæssige krav
Decentrale energiudvindingsanlæg siges ofte at have en betydelig negativ indvirkning på netkvaliteten. Det skyldes hovedsageligt, at eksterne forhold som vind og sol, der i høj grad bestemmer anlæggenes output, hverken kan kontrolleres eller planlægges i tilstrækkelig grad. Det, man glemmer, er, at disse anlæg allerede har de tekniske forudsætninger for at stabilisere både netfrekvensen og netspændingen. Hvis andelen af vedvarende energi i elforbruget skal stige markant på mellemlang sigt, er det uden tvivl nødvendigt med en massiv udbygning af energilagre.
Ud over energiproduktion skal der også løses generelle opgaver inden for energifordeling. Liberaliseringen af elmarkederne ledsages i stigende grad af grænseoverskridende energitransmission. Som en logisk konsekvens blev de europæiske specifikationer vedtaget i den såkaldte "Network Code – Requirements for Generators". Network Code beskriver de regler for nettilslutning, som de energiudvindingsanlæg, der er installeret i Europa, er underlagt. For at opnå det bedst mulige udbytte skal den tilpasses de lokale forhold i de enkelte lande.
Gælder for de fleste kommercielle installationer
På denne baggrund har VDE (Verband der Elektrotechnik, Elektronik und Informationstechnik) udarbejdet fire nationale anvendelsesregler for alle spændingsniveauer på vegne af det tyske ministerium for økonomi og energi. Som et af direktiverne erstatter VDE-AR-N 4110 "Tekniske tilslutningsregler for mellemspænding" retningslinjen om mellemspænding fra BDEW (Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft). Siden april 2019 har det været obligatorisk at overholde VDE-AR-N 4110 for alle nye energiudvindingsanlæg, der skal sættes i drift med en systemeffekt på 135 kW eller mere og et spændingsområde på 1 til 60 kV. Anvendelsesreglen gælder derfor for de fleste kommercielle solcelleanlæg.
Et aspekt af VDE-AR-N 4110/20 handler om forpligtelsen til kun at bruge certificerede regulatorer til forsyningsstyring. Regulatorerne til energiudvindingsanlæg sikrer, at de indstillede værdier for virknings- eller blindeffekt og de specificerede kontrolprocedurer følges ved nettilslutningspunktet. De beregnede værdier bestemmes enten af tredjeparter – netoperatøren eller den direkte forhandler – via fjerntilslutningsteknologi eller inden for rammerne af de kendelinjer, der er defineret i VDE-AR-N 4110/20.
Komplet koblingsudstyrskombination inkl. certificeret regulator til energiudvindingsanlæg fra Phoenix Contact
Kompleks certificering af egne løsninger
FGW TR8 er det gældende direktiv for certificering af de elektriske egenskaber for regulatorer til energiudvindingsanlæg. FGW TR3 skal konsulteres med hensyn til måling og test af disse elektriske egenskaber. Endelig er modellering og validering af simuleringsmodeller for elektriske egenskaber omfattet af FGW TR4.
At opnå det såkaldte komponentcertifikat for regulatorer til energiudvindingsanlæg kræver en stor indsats, både teknisk og økonomisk. Især inden for fotovoltaik, hvor markedet i Tyskland er meget fragmenteret, vil certificering af regulatorer, der er udviklet internt, ikke kunne betale sig for de fleste systeminstallatører. Et aspekt, der bør være mindst lige så vigtigt som overholdelse af tilslutningsdirektivet, er den fleksible brug af regulatoren.
Mange funktioner i én enhed
På denne baggrund overvejede Phoenix Contact allerede inden certificeringen, hvordan man kunne sikre overholdelse af standarder uden at skulle give afkald på de mange muligheder i det industrielle kontrolsystem, som løsningen er baseret på. Det skyldes, at den nuværende PLC-generation, der er baseret på den åbne PLCnext Technology, bruges som hardware.
Teknologien gør det ikke kun muligt at bruge forskellige programmeringssprog – såsom IEC 61131, C/C++, C# eller Matlab/Simulink – i ét projekt. Det er også muligt at kombinere forskellige funktioner i én enhed. Phoenix Contact giver ikke brugerne en alt-i-en-løsning her, men henvender sig specifikt til brugere, der har den nødvendige system- og programmeringskendskab til deres applikation. I de første projekter blev der f.eks. implementeret en fjerntilslutningsforbindelse ud over den certificerede kontrolfunktion på den samme industrielle styring. En sådan tilgang er omkostningseffektiv og pladsbesparende, da der normalt bruges to separate enheder til denne opgave.
PLCnext-styringen muliggør udvikling af programkode med forskellige softwareværktøjer og endda parallel afvikling på enheden
Applikationseksempel til enkel idriftsættelse
For at støtte kunderne i idriftsættelsen af den ovenfor beskrevne løsning leverer Phoenix Contact et applikationseksempel til tilslutning af fjerntilslutningsteknologi, herunder en webapplikation til parametrering af regulatorer til energiudvindingsanlæg. Bortset fra implementeringen af de respektive kravspecifikke grænseflader er det ikke nødvendigt at foretage yderligere justeringer. Der kan dog tilføjes yderligere funktioner efter behov. Reguleringstilstanden, konfigurationen af PID-regulatorens standardparametre, indstillingen af kendelinjens støttepunkter, lagringen af bitmønstre til ripple control-modtageren eller registreringen af alle væsentlige netværks- og regulatorparametre under den første idriftsættelse er en del af denne applikation.
Phoenix Contact tilbyder også yderligere funktionsblokbiblioteker til implementering af de kravspecifikke grænseflader i regulatorer til energiudvindingsanlæg. De omfatter moduler til integrering af decentrale systemer via fjerntilslutningsteknologi. Derudover forenkler fotovoltaik-specifikke funktionsmoduler kommunikationen med vekselrettere, energimålere eller forbindelsen til en producentuafhængig portal.
Kom i kontakt med vores eksperter
Yderligere bidrag
Rent vand til Bodensøen
Innovativ løsning til rent vand i Bodensøen og effektiv pumpeovervågning.
Fuld vindkraft mod cyberkriminalitet
Phoenix Contact beskytter vindmøller og andre producenter af vedvarende energi mod cyberkriminalitet med effektive sikkerhedsløsninger.
Grøn energi med sikkerhed
Hauke Kästing og Phoenix Contact beskytter vindenergianlæg mod cyberkriminalitet.