Energiemanagement 2.0: regelaar voor de energiecentrale met extra functies Phoenix Contact biedt een gecertificeerde oplossing voor fotovoltaïsche installaties.
In het kort
Netwerkbeheerders zijn verplicht om zoveel mogelijk hernieuwbare energie aan het net te leveren zonder de netstabiliteit in gevaar te brengen. Regelaars voor de energiecentrale, dus regeleenheden voor energiecentrales worden daarom gebruikt om het effectieve vermogen en blindvermogen te besturen en te regelen. De gecertificeerde apparaten van Phoenix Contact kunnen nog meer dankzij de onderliggende PLCnext Technology.
Systeemoverzicht van een PV-installatie met energiemanagement
Energieopwekking en netkwaliteit: een uitdaging voor de energietransitie
Volgens het Duitse Ministerie van Economische Zaken en Energie is hernieuwbare energie de belangrijkste elektriciteitsbron in Duitsland. Als centrale pijler van de energietransitie groeit het aandeel ervan in het elektriciteitsverbruik gestaag: van ongeveer 6% in 2000 tot 46% in 2022. Eind 2022 produceerden ongeveer 2,6 miljoen fotovoltaïsche (PV) installaties ongeveer 66 GW vermogen als onderdeel van hernieuwbare energie. De gestage toename van PV-installaties in zowel het laag- als middenspanningsnet brengt echter aanzienlijke uitdagingen met zich mee. Dit komt omdat decentrale energiecentrales ook hun bijdrage moeten leveren aan het waarborgen van de netkwaliteit.
Voor de beoordeling ervan worden frequentie en spanning gebruikt als relevante parameters. De netfrequentie hangt af van de effectieve vermogensbalans van het net. Als de producenten meer effectief vermogen aan het net leveren dan de verbruikers nodig hebben, stijgt de netfrequentie. De netspanning wordt aan de andere kant beïnvloed door de blindvermogensbalans van het net. Als de vraag naar blindvermogen hier toeneemt, leidt dit tot een verlaging van de netspanning.
Voorwaarden op het gebied van techniek en regelgeving
Vaak wordt gezegd dat decentrale energiecentrales een aanzienlijk negatief effect hebben op de kwaliteit van het elektriciteitsnet. Dit is voornamelijk te wijten aan het feit dat externe omstandigheden zoals wind of zon, die het vermogen van de systemen in grote mate bepalen, niet bestuurbaar of voldoende planbaar zijn. Wat vergeten wordt, is dat deze systemen nu al aan de technische voorwaarden voldoen om zowel de netfrequentie als de netspanning te stabiliseren. Als het aandeel van hernieuwbare energie in het elektriciteitsverbruik op middellange termijn nog aanzienlijk moet toenemen, is een massale uitbreiding van energiebuffers ongetwijfeld noodzakelijk.
Naast de energieopwekking moeten er ook algemene taken worden opgelost in de energieverdeling. De liberalisering van de elektriciteitsmarkten gaat steeds meer gepaard met grensoverschrijdende energie-overdracht. Als logisch gevolg hiervan werden Europese specificaties aangenomen in de zogenaamde 'Network Code – Requirements for Generators'. De Network Code beschrijft de regels voor de aansluiting op het elektriciteitsnet waaraan de in Europa geïnstalleerde energiecentrales moeten voldoen. Om het optimale voordeel te behalen, moet het worden aangepast aan de lokale omstandigheden in de afzonderlijke landen.
Geldigheid voor de meeste commerciële installaties
Tegen deze achtergrond heeft de VDE (Duitse vereniging voor elektrotechniek, elektronica en informatietechniek) in opdracht van het Duitse Ministerie voor Economische Zaken en Energie vier nationale toepassingsregels opgesteld voor alle spanningsniveaus. Als een van de richtlijnen vervangt VDE-AR-N 4110 'Technische aansluitregels voor middenspanning' de BDEW-richtlijn voor middenspanning (Duitse vereniging van energie- en watermanagement). Sinds april 2019 is naleving van VDE-AR-N 4110 verplicht voor alle nieuwe energiecentrales die in gebruik worden genomen met een systeemvermogen van 135 kW of meer en een spanningsbereik van 1 tot 60 kV. De toepassingsregel is daardoor van toepassing op de meeste commerciële PV-installaties.
Eén aspect van VDE-AR-N 4110/20 gaat over de verplichting om alleen gecertificeerde voedingsmanagementregelaars te gebruiken. De regelaars voor de energiecentrale zorgen ervoor dat de gewenste waarden voor het effectieve vermogen of blindvermogen en de gespecificeerde regelprocedures op het netaansluitpunt worden gevolgd. De gewenste waarden worden vastgelegd door derden – de netwerkbeheerder of directe marketeer – via remote communicatietechniek of binnen het kader van karakteristieken gedefinieerd in VDE-AR-N 4110/20.
Complete schakel- en verdeelinrichting inclusief gecertificeerde regelaar voor de energiecentrale van Phoenix Contact
Certificering van eigen oplossingen complex
FGW TR8 is de toe te passen richtlijn voor het certificeren van de elektrische eigenschappen van regelaars voor de energiecentrale. Voor het meten en testen van deze elektrische eigenschappen moet FGW TR3 worden geraadpleegd. Tot slot vallen het modelleren en valideren van simulatiemodellen van elektrische eigenschappen onder FGW TR4.
Het verkrijgen van het zogenaamde componentcertificaat voor regelingen voor de energiecentrale is een intensief proces, zowel technisch als financieel. Vooral bij fotovoltaïsche energie, waar de markt in Duitsland sterk gefragmenteerd is, zal de certificering van speciaal ontwikkelde regelaars voor de meeste systeeminstallateurs niet lonend zijn. Een aspect dat minstens zo belangrijk zou moeten zijn als de conformiteit met de aansluitrichtlijn is het flexibele gebruik van de regelaar.
Veel functies in één apparaat
Tegen deze achtergrond heeft Phoenix Contact zich al vóór de certificering afgevraagd hoe naleving van de normen kan worden gewaarborgd zonder afstand te hoeven doen van de vele mogelijkheden van het industriële besturingssysteem waarop de oplossing is gebaseerd. Want als hardware wordt de huidige generatie PLC's op basis van open PLCnext Technology gebruikt.
De technologie maakt niet alleen het gebruik van verschillende programmeertalen mogelijk – zoals IEC 61131, C/C++, C# of Matlab/Simulink – in één project. De combinatie van verschillende functies in één apparaat is ook mogelijk. Phoenix Contact biedt de gebruikers hier geen totaaloplossing, maar richt zich specifiek op gebruikers die beschikken over de nodige systeem- en programmeerkennis voor hun toepassing. In de eerste projecten werd bijvoorbeeld een remote aansluiting geïmplementeerd naast de gecertificeerde regelfunctie op dezelfde industriebesturing. Een dergelijke aanpak is voordelig en ruimtebesparend, omdat voor deze taak meestal twee aparte apparaten worden gebruikt.
De PLCnext Control maakt de ontwikkeling van programmacode met verschillende softwaretools en zelfs parallelle uitvoering op het apparaat mogelijk
Toepassingsvoorbeeld voor eenvoudige inbedrijfstelling
Om de klanten te ondersteunen bij de inbedrijfstelling van de hierboven beschreven oplossing, biedt Phoenix Contact een toepassingsvoorbeeld voor het aansluiten van de remote communicatietechniek, inclusief een webtoepassing voor het parametreren van de regelaar van de energiecentrale. Afgezien van de implementatie van de respectieve vereiste specifieke interfaces, hoeven er geen verdere aanpassingen te worden gedaan. Extra functies kunnen echter naar wens worden toegevoegd. De regelmodus, de configuratie van de standaard PID-regelaarparameters, de instelling van karakteristieke interpolatiepunten, het opslaan van bitpatronen voor de rimpelspanningontvanger of de registratie van alle essentiële netwerk- en regelaarparameters tijdens de eerste inbedrijfstelling maken deel uit van deze toepassing.
Phoenix Contact biedt ook aanvullende functieblokbibliotheken voor het implementeren van toepassingsspecifieke interfaces van de regelaar van de energiecentrale. Ze bevatten o.a. modules voor de integratie van decentrale systemen via remote communicatietechniek. Bovendien vereenvoudigen PV-specifieke functieblokken de communicatie met omvormers, energiemeetmodules of de verbinding met een fabrikantonafhankelijk portaal.
Kom in contact met onze experts
Overige bijdragen
Schoon water voor het Bodenmeer
Innovatieve oplossing voor schoon water in het Bodenmeer en efficiënte pompbewaking.
Met volle windkracht tegen cybercriminaliteit
Phoenix Contact beschermt windturbines en andere installaties voor hernieuwbare energie tegen cybercriminaliteit met effectieve beveiligingsoplossingen.
Groene energie zeker en veilig
Hauke Kästing en Phoenix Contact beschermen windturbines tegen cybercriminaliteit.