Syötönhallinta 2.0: EZA-säädin lisätoiminnoilla varustettuna Phoenix Contact tarjoaa sertifioidun ratkaisun aurinkopaneelijärjestelmille.
Tiivistelmä
Verkon ylläpitäjillä on velvollisuus syöttää verkkoon mahdollisimman paljon uusiutuvaa energiaa vaarantamatta verkon vakautta. Siksi EZA-säätimiä, eli energiantuotantojärjestelmien säätöyksiköitä, käytetäänkin pätö- ja loistehon ohjaukseen ja säätöön. Phoenix Contactin sertifioidut laitteet pystyvät vieläkin parempaan PLCnext Technologyn ansiosta.
Järjestelmän yleiskatsaus aurinkopaneelijärjestelmästä, jossa on syötönhallintajärjestelmä
Energiantuotanto ja verkon laatu: energiasiirtymän haasteet
Liittovaltion talous- ja energiaministeriön mukaan uusiutuvat energialähteet ovat Saksan tärkein sähkönlähde. Energiasiirtymän keskeisenä tukipilarina niiden osuus sähkönkulutuksessa kasvaa tasaisesti: vuonna 2000 osuus oli noin 6 prosenttia ja vuonna 2022 jo 46 prosenttia. Vuoden 2022 lopussa noin 2,6 miljoonaa aurinkopaneelijärjestelmää tuotti uusiutuviin energialähteisiin kuuluvaa sähköä noin 66 GW. Asennettujen aurinkopaneelien määrän jatkuva kasvu sekä pien- että keskijänniteverkossa aiheuttaa kuitenkin huomattavia haasteita. Tämä johtuu siitä, että myös hajautettujen energiantuotantolaitosten on osallistuttava verkon laadun varmistamiseen.
Taajuutta ja jännitettä käytetään olennaisina parametreina niiden arvioinnissa. Verkon taajuus riippuu verkon pätötehotaseesta. Jos generaattorit syöttävät verkkoon enemmän pätötehoa kuin kuluttajat tarvitsevat, verkon taajuus kasvaa. Verkkojännitteeseen puolestaan vaikuttaa verkon loistehotase. Jos loistehon tarve kasvaa, se johtaa verkkojännitteen alenemiseen.
Tekniset ja lainsäädännölliset edellytykset
Hajautetuilla energiantuotantojärjestelmillä sanotaan usein olevan merkittävä kielteinen vaikutus verkon laatuun. Tämä johtuu pääasiassa siitä, että ulkoisia olosuhteita, kuten tuulta tai aurinkoa, jotka vaikuttavat merkittävästi järjestelmien tehoon, ei voida hallita eikä suunnitella riittävästi. Tässä unohdetaan, että näillä järjestelmillä on jo tekniset edellytykset vakauttaa verkon taajuus ja jännite. Jos uusiutuvien energialähteiden osuutta sähkönkulutuksesta halutaan kasvattaa merkittävästi keskipitkällä aikavälillä, energiavarastojen massiivinen laajentaminen on epäilemättä välttämätöntä.
Energiantuotannon lisäksi energian jakelussa on ratkaistava myös yleisiä tehtäviä. Sähkömarkkinoiden vapauttamiseen liittyy yhä useammin rajat ylittävä energiansiirto. Loogisena seurauksena eurooppalaiset eritelmät hyväksyttiin niin sanotuissa verkkosäännöissä (Network Code – Requirements for Generators). Verkkosäännöstössä kuvataan verkkoon liittymistä koskevat säännöt, joita sovelletaan Euroopassa asennettuihin energiantuotantojärjestelmiin. Jotta saavutetaan paras mahdollinen hyöty, se on mukautettava yksittäisten maiden paikallisiin olosuhteisiin.
Kelpoisuus useimpiin kaupallisiin järjestelmiin
Tätä taustaa vasten VDE (sähkö-, elektroniikka- ja tietotekniikkayhdistys) on laatinut liittovaltion talous- ja energiaministeriön toimeksiannosta neljä kansallista sovellussääntöä kaikille jännitetasoille. Yhtenä direktiivinä VDE-AR-N 4110 "Technical Connection Rules for Medium Voltage" (Keskijännitteen tekniset kytkentäsäännöt) korvaa BDEW:n (Saksan energia- ja vesiteollisuusyhdistys) keskijännitedirektiivin. Huhtikuusta 2019 lähtien VDE-AR-N 4110 -standardin noudattaminen on ollut pakollista kaikissa uusissa käyttöönotettavissa energiantuotantojärjestelmissä, joiden teho on vähintään 135 kW ja jännitealue 1-60 kV. Sovellussääntöä sovelletaan siis useimpiin kaupallisiin aurinkopaneelijärjestelmiin.
Yksi VDE-AR-N 4110/20 -standardin osa-alue koskee velvoitetta käyttää ainoastaan sertifioituja syötönhallintasäätimiä. EZA-säätimet varmistavat, että verkkoliitäntäpisteessä noudatetaan asetettuja pätö- tai loistehon arvoja ja määriteltyjä säätömenettelyjä. Asetusarvot määrittävät joko kolmannet osapuolet – verkon ylläpitäjä tai suoramarkkinoija – etäkäyttötekniikan avulla tai VDE-AR-N 4110/20 -standardissa määriteltyjen ominaiskäyrien puitteissa.
Täydellinen kytkentälaiteyhdistelmä, joka sisältää Phoenix Contactin sertifioidun EZA-säätimen
Omien ratkaisujen monimutkainen sertifiointi
FGW TR8 on EZA-säätimien sähköisten ominaisuuksien sertifiointiin sovellettava ohje. Näiden sähköisten ominaisuuksien mittaamisen ja testaamisen osalta on otettava huomioon FGW TR3 -ohjeet. Sähköisten ominaisuuksien simulointimallien mallintaminen ja validointi kuuluu FGW TR4:n soveltamisalaan.
Niin sanotun komponenttitodistuksen hankkiminen EZA-säätimille vaatii paljon työtä sekä teknisesti että taloudellisesti. Erityisesti aurinkosähköalalla, jonka markkinat ovat Saksassa hyvin hajanaiset, varta vasten kehitettyjen säätimien sertifiointi ei kannata suurimmalle osalle järjestelmien rakentajista. Yksi näkökohta, jonka pitäisi olla vähintään yhtä tärkeä kuin liitäntädirektiivin noudattaminen, on säätimen joustava käyttö.
Monia toimintoja yhdessä laitteessa
Tätä taustaa vasten Phoenix Contact pohti jo ennen sertifiointia, miten standardien noudattaminen varmistetaan ilman, että joudutaan luopumaan ratkaisun perustana olevan teollisen ohjausjärjestelmän monista mahdollisuuksista. Tämä johtuu siitä, että laitteistona käytetään nykyistä PLC-sukupolvea, joka perustuu avoimeen PLCnext Technologyyn.
Teknologia mahdollistaa eri ohjelmointikielten – kuten IEC 61131, C/C++, C# tai Matlab/Simulink – käytön samassa projektissa. On myös mahdollista yhdistää eri toimintoja yhteen laitteeseen. Phoenix Contact ei tarjoa tässä käyttäjille all-in-one-ratkaisua, vaan se on suunnattu nimenomaan käyttäjille, joilla on tarvittava järjestelmä- ja ohjelmointitietämys sovellusta varten. Ensimmäisissä hankkeissa toteutettiin esimerkiksi etävalvontayhteys sertifioidun säätötoiminnon lisäksi samassa teollisuusohjausjärjestelmässä. Tällainen lähestymistapa on kustannustehokas ja tilaa säästävä, koska tähän tehtävään käytetään yleensä kahta erillistä laitetta.
PLCnext Control mahdollistaa ohjelmakoodin kehittämisen eri ohjelmistotyökaluilla ja jopa rinnakkaisen suorituksen laitteessa
Sovellusesimerkki helposta käyttöönotosta
Phoenix Contact tarjoaa asiakkaiden tueksi edellä kuvatun ratkaisun käyttöönotossa sovellusesimerkin etäkäyttötekniikan kytkemisestä, mukaan lukien web-sovellus EZA-säätimen parametrointiin. Vaatimuskohtaisten rajapintojen toteuttamista lukuun ottamatta muita mukautuksia ei tarvitse tehdä. Lisätoimintoja voidaan kuitenkin lisätä tarpeen mukaan. Säätötila, PID-säätimen vakioparametrien konfigurointi, ominaiskäyrän interpolointipisteiden asettaminen, verkkokäskynvastaanottimen bittimallien tallentaminen tai kaikkien keskeisten verkko- ja säädinparametrien tallentaminen ensimmäisen käyttöönoton aikana ovat osa tätä sovellusta.
Phoenix Contact tarjoaa myös muita toimintomoduulikirjastoja EZA-säätimen vaatimuskohtaisten rajapintojen toteuttamiseksi. Niihin sisältyy moduuleja hajautettujen järjestelmien integroimiseksi etäkäyttötekniikan avulla. Lisäksi aurinkosähkölle ominaiset toimintomoduulit helpottavat viestintää invertterien tai energiamittareiden kanssa tai liittämistä valmistajasta riippumattomaan portaaliin.
Ota yhteyttä asiantuntijoihimme
Muita tietoja
Puhdasta vettä Bodenjärvelle
Innovatiivinen ratkaisu puhtaan veden tuottamiseen Bodenjärvellä sekä tehokkaaseen pumppujen valvontaan.
Täydellä tuulivoimalla tietoverkkorikollisuutta vastaan
Phoenix Contact suojaa tuulivoimaloita ja muita uusiutuvan energian tuottajia tietoverkkorikollisuudelta tehokkailla tietoturvaratkaisuilla.
Vihreää energiaa ja turvallisuutta
Hauke Kästing ja Phoenix Contact suojaavat tuulivoimaloita tietoverkkorikollisuudelta.