供電管理 2.0：帶附加功能的發電設備控制器 菲尼克斯電氣為光伏發電系統提供經過認證的解決方案。
摘要
電網營運商有義務在不損害電網穩定性的情況下，向電網輸送盡可能多的再生能源。因此，為了控制和調整有效功率和無效功率，會用到電源控制單元，即發電設備控制單元。基於 PLCnext Technology，菲尼克斯電氣的認證設備可以發揮更多作用。
採用了供電管理的光伏發電系統的系統總覽
發電和電網品質：能源轉型需要面對的一項挑戰
據德國聯邦經濟事務和能源部稱，再生能源是德國最重要的電力來源。而作為能源轉型的中流砥柱，其在耗電量中的占比不斷攀升：從 2000 年的約 6% 提高至 2022 年的 46%。2022 年底，作為再生能源的組成部分，約 260 萬個光伏發電系統產出了約 66 GW 的電能。但無論是在低壓還是在中壓電網，光伏安裝容量的不斷攀升也帶來了巨大的挑戰。這是因為，分散式發電設備必須同樣也能夠保障電網的穩定性。
作為相關的評估參數，會參考頻率和電壓。電網頻率取決於電網的有效功率收支情況。如果發電設備饋入電網的有效功率多於耗電負載所需，則電網頻率會升高。相反，電源電壓則受到電網無效功率收支平衡的影響。如果對無效功率的需求增加，就會導致電源電壓降低。
技術和規範前提條件
分散式能源發電設備經常被認為會對電網品質產生顯著的負面影響。其主要原因是因為本質上決定了設備性能的外部條件，例如風或者陽光既不可控，又不能可靠地規劃。而現在，這些設備已經具備必要的技術前提條件，能夠穩定電網頻率和電源電壓。從中期來看，如果再生能源在耗電量中的占比繼續顯著攀升，毫無疑問，大規模擴大儲能系統。
除了發電以外，在配電方面同樣也有普遍性的問題待解決。例如，在電能市場自由化的同時，跨境電力傳輸的增長勢頭迅猛。順其自然地，在「Network Code – Requirements for Generators」中發布了歐洲規範。Network Code 描述的是在歐洲安裝的發電設備必須遵守的電網接入規則。而為了獲得最大的效益，應根據具體國家的本地實際情況進行調整。
對絕大部分商用設備適用
在此背景下，VDE（電氣工程、電子和資訊技術協會）受聯邦經濟事務和能源部委託，製定了四項針對所有電壓等級的國家應用規則。作為其中一個指令，VDE-AR-N 4110「中壓技術連接規則」取代了 BDEW 中壓指令（聯邦能源與水資源產業協會）。自 2019 年 4 月起，所有系統輸出功率為 135 kW、電壓範圍 1 至 60 kV 的新能源發電系統都必須強制執行 VDE-AR-N 4110。這樣一來，該應用規則影響大多數商用光伏發電系統。
VDE-AR-N 4110/20 的其中一項規定要求必須使用經過認證的饋電管理控制器。菲尼克斯電氣推出的發電設備控制器，可確保在電網連接點上滿足有效或者無效功率的設定值要求，以及採用指定控制程序。設定值的確定由第三方（電網營運商或直銷商）透過遠端控制技術或根據 VDE-AR-N 4110/20 中定義的特性曲線確定。
完整的開關設備組合，包括菲尼克斯電氣經過認證的發電設備控制器
自研解決方案的認證十分複雜
對於發電設備控制器電氣特性的認證，應採用 FGW TR8 作為權威指令。而在這些電氣特性的測量和測試方面，則應參考 FGW TR3。電氣特性模擬模型的建模與驗證最終以 FGW TR4 為準。
為了獲得發電設備控制器的元件證書，從技術和財務角度來看，都需要付出巨大的代價。尤其是在光伏行業，由於德國市場的高度分散性，認證自行開發的控制器對於大部分系統安裝商而言是不值得的。一個至少與遵守連接指令同樣重要的方面是控制器的靈活使用。
集衆多功能於一身
在這一背景下，菲尼克斯電氣早在認證前就已經直面問題，即如何一方面確保符合標準要求，另一方面又不放棄工業控制器所能帶來的多樣性。因為目前的 PLC 採用開放式 PLCnext Technology 作為硬體。
該技術不僅允許在專案中使用不同的程式語言 - 例如 IEC 61131、C/C++、C# 或 Matlab/Simulink， 還可以將不同的功能組合在一台設備中。在此領域，菲尼克斯電氣並非為使用者提供一體化解決方案，而是專門針對掌握了應用所需的系統和程式設計知識的使用者。在最初的專案中，除了經過認證的控制功能外，還在同一工業控制器上實現了遠端控制連接。此類解決方案不僅性價比高而且還節省空間，因為對於這樣的任務通常會用到兩台獨立的設備。
藉助 PLCnext Control，可使用不同的軟體工具開發程式碼，甚至可以在裝置上同時執行
為了方便試運轉的應用範例
為了協助客戶順利完成上述解決方案的試運轉，菲尼克斯電氣提供了耦合遠端控制技術的應用範例，包括用於設定發電設備控制器參數的 Web 應用程式。除了實現各自特定需求的介面外，不需要進一步的調整。但是，可以根據需要添加其他功能。控制模式、標準 PID 控制器參數的設定、特性曲線插值點的設定、漣波控制接收器位元模式的儲存，或初始調試期間所有重要電網路和控制器參數的記錄，均是該應用的一部分。
菲尼克斯電氣還提供附加功能塊庫來實現發電設備控制器特定要求的介面。其中包括透過遠端控制技術整合分散系統的模組。除此以外，光伏專用功能塊簡化了與逆變器、能量量測設備的通訊或與獨立於製造商的平台的連接。
