Менеджмент электропитания 2.0: регулятор системы генерирования электроэнергии с дополнительными функциями Phoenix Contact предлагает сертифицированное решение для фотогальванических установок.
Краткое резюме
Операторы сетей обязаны подавать в сеть как можно больше возобновляемой энергии, не нарушая стабильности сети. Поэтому для контроля и регулирования эффективной и реактивной мощности используются регуляторы системы генерирования электроэнергии, т.е. блоки управления системами выработки электроэнергии. Сертифицированные устройства Phoenix Contact способны на большее благодаря лежащей в их основе технологии PLCnext Technology.
Обзор системы фотогальванической установки с менеджментом электропитания
Выработка электроэнергии и качество электросетей: задача энергетического перехода
По данным Федерального министерства экономики и энергетики, возобновляемые источники энергии являются самым важным источником электроэнергии в Германии. Являясь центральным элементом энергетического перехода, их доля в потреблении электроэнергии неуклонно растет: с примерно 6 % в 2000 году до 46 % в 2022 году. В конце 2022 года около 2,6 млн фотогальванических установок производили около 66 ГВт электроэнергии в рамках возобновляемых источников энергии. Однако постоянное увеличение количества установленных фотогальванических установок в сетях низкого и среднего напряжения создает значительные проблемы. Это связано с тем, что децентрализованные системы генерирования электроэнергии также должны вносить свой вклад в обеспечение качества энергосистемы.
В качестве соответствующих параметров для их оценки используются частота и напряжение. Частота сети зависит от баланса активной мощности в сети. Если генераторы подают в сеть больше эффективной мощности, чем требуется потребителям, частота сети повышается. Сетевое напряжение, с другой стороны, зависит от баланса реактивной мощности в сети. Если потребность в реактивной мощности увеличивается, это приводит к снижению сетевого напряжения.
Технические и нормативные требования
Часто говорят, что децентрализованные системы генерирования электроэнергии оказывают значительное негативное влияние на качество сети. В основном это связано с тем, что внешние условия, такие как ветер или солнце, которые в значительной степени определяют производительность систем, не поддаются ни контролю, ни достаточному планированию. При этом забывается, что эти системы уже обладают техническими предпосылками для стабилизации частоты и сетевого напряжения. Если в среднесрочной перспективе доля возобновляемых источников энергии в электропотреблении значительно возрастет, то, несомненно, необходимо масштабное увеличение количества энергоаккумуляторов.
Помимо выработки электроэнергии, необходимо решать общие задачи и в области распределения электропитания. Либерализация рынков электроэнергии все чаще сопровождается трансграничной передачей питания. Как логическое следствие, европейские спецификации были приняты в так называемом «Сетевом кодексе - требования к генераторам». Сетевой кодекс описывает правила подключения к электросетям, которым подчиняются системы производства энергии, установленные в Европе. Для достижения максимального эффекта он должен быть адаптирован к местным условиям в отдельных странах.
Подходит для большинства коммерческих установок
В связи с этим Союз электротехники, электроники и информационной техники (VDE) по поручению Федерального министерства экономики и энергетики разработал четыре национальных правила применения для всех уровней напряжения. В качестве одного из руководящих принципов VDE-AR-N 4110 «Правила технического подключения для среднего напряжения» заменяет Руководство по среднему напряжению BDEW (Федеральное объединение предприятий энерго- и водоснабжения). С апреля 2019 года соответствие стандарту VDE-AR-N 4110 является обязательным для всех вводимых в эксплуатацию новых систем генерирования электроэнергии мощностью 135 кВт и более и диапазоном напряжения от 1 до 60 кВ. Таким образом, это правило применимо к большинству коммерческих фотогальванических установок.
Один из аспектов VDE-AR-N 4110/20 касается обязательства использовать только сертифицированные контроллеры управления питанием. Регуляторы системы генерирования электроэнергии обеспечивают соблюдение заданных значений эффективной или реактивной мощности и заданных процедур управления в точке подключения к сети. Заданные значения определяются либо третьими сторонами - оператором сети или непосредственным продавцом - с помощью дистанционного управления, либо в рамках характеристик, определенных в VDE-AR-N 4110/20.
Блок коммутационных устройств в сборе, включая сертифицированный регулятор системы генерирования электроэнергии от Phoenix Contact
Сложная сертификация собственных решений
FGW TR8 является применимой директивой по сертификации электрических характеристик регуляторов системы генерирования электроэнергии. По вопросам измерения и испытания этих электрических характеристик следует обращаться к FGW TR3. Наконец, моделирование и валидация имитационных моделей электрических характеристик являются предметом FGW TR4.
Получение так называемого сертификата компонентов для регуляторов системы генерирования электроэнергии требует больших усилий, как технических, так и финансовых. В частности, в фотогальванике, рынок которой в Германии сильно фрагментирован, сертификация специально разработанных контроллеров не окупится для большинства установщиков систем. Одним из аспектов, который должен быть не менее важен, чем соответствие директиве по подключению, является гибкое использование контроллера.
Много функций в одном устройстве
На этом фоне еще до начала сертификации компания Phoenix Contact задумалась о том, как обеспечить соответствие стандартам, не отказываясь от многочисленных возможностей промышленной системы управления, на которой основано решение. Это связано с тем, что в качестве аппаратного обеспечения используется современное поколение SPS на базе открытой технологии PLCnext Technology.
Технология не только позволяет использовать в одном проекте различные языки программирования - такие как МЭК 61131, C/C++, C# или Matlab/Simulink. Также можно объединить различные функции в одном устройстве. Phoenix Contact не предлагает пользователям универсальное решение, а обращается к тем, кто обладает необходимыми знаниями в области систем и программирования для решения своих задач. В первых проектах, например, в дополнение к сертифицированной функции регулирования на той же промышленной системе управления было реализовано телеуправление. Такой подход экономичен и компактен, поскольку для решения такой задачи обычно используются два отдельных устройства.
PLCnext Control позволяет разрабатывать программный код с помощью различных программных обеспечений и даже параллельно выполнять его на устройстве
Пример применения для простого ввода в эксплуатацию
Для поддержки клиентов при вводе в эксплуатацию описанного выше решения Phoenix Contact предоставляет пример подключения технологии дистанционного управления, включая веб-приложение для параметрирования регулятора системы генерирования электроэнергии. Кроме реализации соответствующих интерфейсов, отвечающих конкретным требованиям, никаких других изменений вносить не нужно. Однако при необходимости можно добавить дополнительные функции. Режим управления, настройка стандартных параметров ПИД-регулятора, установка опорных точек характеристики, сохранение последовательности битов для приёмника системы централизованного телеуправления или запись всех основных параметров сети и регулятора при первом вводе в эксплуатацию являются частью этого приложения.
Phoenix Contact также предлагает дополнительные библиотеки функциональных блоков для реализации специфических интерфейсов регулятора системы генерирования электроэнергии. Они включают модули для интеграции децентрализованных систем с помощью дистанционного управления. Кроме того, функциональные блоки для фотогальваники упрощают связь с инверторами, энергоизмерительными приборами или подключение к независимому от производителя порталу.
Свяжитесь с нашими экспертами
Дополнительные материалы
Чистая вода для Боденского озера
Инновационное решение для обеспечения чистой воды в Боденском озере и эффективного контроля за работой насосов.
Полная сила ветра против киберпреступности
Phoenix Contact защищает ветряные колеса и другие устройства для выработки возобновляемой электроэнергии от киберпреступности с помощью эффективных решений по обеспечению безопасности.
Зеленая энергия и безопасность
Хауке Кестинг и Phoenix Contact защищают ветросиловые установки от киберпреступлений.