Matningsmanagement 2.0: regulator för energiproduktionsanläggningar med ytterligare funktioner Phoenix Contact erbjuder en certifierad lösning för solcellssanläggningar.
Sammanfattning
Nätoperatörerna är skyldiga att mata in så mycket förnybar energi som möjligt i nätet utan att äventyra nätstabiliteten. Regulatorer för energiproduktionsanläggningar, dvs. styrsystem för kraftgenereringssystem, används därför för att styra och reglera den aktiva och reaktiva effekten. De certifierade enheterna från Phoenix Contact kan göra ännu mer tack vare att de bygger på PLCnext Technology.
Systemöversikt över en solcellsanläggning med matningsmanagement
Energiproduktion och nätkvalitet: en utmaning för energiomställningen
Enligt det tyska ministeriet för näringsliv och energi är förnybar energi den viktigaste källan till elektricitet i Tyskland. Den är en central faktor i energiomställningen och dess andel av elförbrukningen ökar stadigt: från cirka 6 % år 2000 till 46 % 2022. I slutet av 2022 producerade cirka 2,6 miljoner solcellssanläggningar cirka 66 GW el av den förnyelsebar energin. Den stadiga ökningen av installerade solceller i både låg- och mellanspänningsnätet innebär dock stora utmaningar. Detta beror på att decentraliserade energiproduktionsanläggningar också måste bidra till att säkerställa nätkvaliteten.
Frekvens och spänning används som relevanta parametrar för den här bedömningen. Nätfrekvensen beror på den aktiva effektbalansen i nätet. Om generatorerna matar in mer aktiv effekt i nätet än vad lasterna förbrukar, ökar nätfrekvensen. Nätspänningen påverkas å andra sidan av den reaktiva effektbalansen i elnätet. Om efterfrågan på reaktiv effekt ökar här leder detta till en minskning av nätspänningen.
Tekniska och reglertekniska krav
Decentraliserade energiproduktionsanläggningar sägs ofta ha en negativ inverkan på nätkvaliteten. Detta beror främst på att externa vind- och solförhållanden i hög grad bestämmer systemens effekt och därför varken kan kontrolleras eller planeras i tillräcklig utsträckning. Vad man glömmer bort är att dessa system redan har de tekniska förutsättningarna för att stabilisera nätfrekvensen och nätspänningen. Om andelen förnybara energikällor i elförbrukningen ska kunna öka avsevärt på medellång sikt är det utan tvekan nödvändigt med en massiv utbyggnad av energilagringsmoduler.
Förutom energiproduktion måste även allmänna faktorer inom energidistributionen få bättre lösningar. Liberaliseringen av elmarknaderna åtföljs i allt högre grad av gränsöverskridande energiöverföring. Som en logisk följd av detta har europeiska specifikationer antagits och samlats i den så kallade "Network Code – Requirements for Generators". Nätföreskrifterna beskriver de regler för nätanslutning som gäller för de energiproduktionsanläggningar som installeras i Europa. För att uppnå bästa möjliga nytta måste de anpassas till de lokala förhållandena i de enskilda länderna.
Gäller för de flesta kommersiella anläggningar
Mot denna bakgrund har VDE (den tyska branschorganisationen för elektroteknik, elektronik och IT) på uppdrag av det federala ministeriet för näringsliv och energi utarbetat fyra nationella tillämpningsregler för alla spänningsnivåer. En av riktlinjerna som ersätts av VDE-AR-N 4110 "Tekniska anslutningsregler för mellanspänning" är BDEW-riktlinjen om mellanspänning (tyska energi- och vattenindustriernas branschorganisation). Sedan april 2019 har överensstämmelse med VDE-AR-N 4110 varit obligatorisk för driftsättning av alla nya energiproduktionsanläggningar med en systemeffekt på 135 kW eller mer och ett spänningsområde på 1 till 60 kV. Tillämpningsregeln gäller därför för de flesta kommersiella solcellsanläggningar.
En aspekt av VDE-AR-N 4110/20 handlar om skyldigheten att endast använda certifierade inmatningsregulatorer. Regulatorerna för energiproduktionsanläggningar säkerställer att börvärdena för aktiv eller reaktiv effekt och de angivna reglermetoderna på nätanslutningspunkten följs. Börvärdena bestäms antingen av tredje part – nätoperatören eller elhandelsbolaget – via fjärruppkoppling eller enligt de karakteristiska kurvor som definieras i VDE-AR-N 4110/20.
Komplett kopplingsutrustning inklusive certifierad regulator för energiproduktionsanläggningar från Phoenix Contact
Tidskrävande certifiering av egna lösningar
FGW TR8 är det gällande direktivet för certifiering av de elektriska egenskaperna hos regulatorer för energiproduktionsanläggningar. FGW TR3 måste rådfrågas när det gäller mätning och testning av de elektriska egenskaperna. Modellering och validering av simuleringsmodeller för elektriska egenskaper omfattas av FGW TR4.
För att få det så kallade komponentcertifikatet för regulatorer för energiproduktionsanläggningar krävs en stor insats, både tekniskt och ekonomiskt. Särskilt när det gäller solpaneler, där marknaden i Tyskland är mycket splittrad, kommer certifieringen av särskilt utvecklade regulatorer inte att löna sig för majoriteten av systeminstallatörerna. En aspekt som bör vara minst lika viktig som efterlevnaden av anslutningsdirektivet är den flexibla användningen av regulatorn.
Många funktioner i en och samma enhet
Mot denna bakgrund har Phoenix Contact redan före certifieringen ställt sig frågan hur man kan säkerställa att standarderna uppfylls utan att behöva avstå från de många möjligheterna i det industriella styrsystem som lösningen bygger på. Detta beror på att den nuvarande PLC-generationen baserad på öppen PLCnext Technology används som maskinvara.
Tekniken gör det möjligt att använda olika programmeringsspråk – som IEC 61131, C/C++, C# eller Matlab/Simulink – i ett och samma projekt. Det går också att kombinera olika funktioner i samma enhet. Phoenix Contact erbjuder inte i första hand en färdig lösning, utan vänder sig specifikt till användare som har de system- och programmeringskunskaper som krävs för deras tillämpning. I de första projekten implementerades till exempel en fjärrstyrningsanslutning utöver den certifierade styrfunktionen i samma industriella styrsystem. Ett sådant tillvägagångssätt är kostnadseffektivt och utrymmesbesparande, eftersom två separata enheter vanligtvis används för denna uppgift.
PLCnext Control möjliggör utveckling av programkod med diverse programvaror och det går även att parallellköra den på enheten
Applikationsexempel för enkel idrifttagning
För att stödja kunderna vid idrifttagningen av den lösning som beskrivs ovan tillhandahåller Phoenix Contact ett applikationsexempel för anslutning av fjärruppkopplingen, inklusive en webbapplikation för parametrering av regulatorn för energiproduktionsanläggningar. Förutom implementeringen av de olika kravspecifika gränssnitten behöver inga ytterligare anpassningar göras. Vid behov går det dock att lägga till fler funktioner. Reglerläge, konfigurering av standardparametrar för PID-regulatorer, inställning av baspunkter för karakteristiska kurvor, lagring av bitmönster för rundstyrmottagaren eller registrering av alla viktiga nätverks- och regulatorparametrar vid första idrifttagningen är delar av denna applikation.
Phoenix Contact erbjuder dessutom ytterligare funktionsblocksbibliotek för implementering av de kravspecifika gränssnitten för regulatorn för energiproduktionsanläggningar. De innehåller bl.a. komponenter för integrering av decentraliserade system via fjärruppkoppling. Dessutom förenklar solcellsspecifika funktionsblock kommunikationen med växelriktarna, energimätarna eller anslutningen till en tillverkaroberoende portal.
Kontakta våra experter
Ytterligare bidrag
Rent vatten för Bodensjön
Innovativ lösning för rent vatten i Bodensjön och effektiv pumpövervakning.
Med full vindkraft mot cyberbrottslighet
Phoenix Contact skyddar vindkraftverk och andra anläggningar som producerar förnybar energi mot cyberbrottslighet med effektiva säkerhetslösningar.
Grön energi med hög säkerhet
Hauke Kästing och Phoenix Contact skyddar vindkraftverk mot cyberbrottslighet.