Zarządzanie farmą fotowoltaiczną

Redakcja
23-06-2021
Zarządzanie farmą fotowoltaiczną
WAGO

Każda instalacja wytwarzająca energię elektryczną, w tym farma fotowoltaiczna, wymaga stałego monitoringu parametrów i przekazywania danych, tak do właściciela farmy, jak i operatora sieci elektroenergetycznej, do której instalacja jest przyłączona. Kluczowa dla tego typu instalacji jest również regulacji mocy czynnej oraz biernej. Odpowiedzią na te potrzeby jest koncepcja WAGO Solar Park Management.

Co kryje się pod nazwą WAGO Solar Park Management? To urządzenia WAGO, które dzięki temu, że są modularne oraz swobodnie programowalne, są w stanie dopasować się do konkretnej farmy fotowoltaicznej. Cały system w połączeniu z oprogramowaniem i wdrożeniem, które może być wykonane zarówno samodzielnie jak i wspólnie z naszymi partnerami, umożliwia właścicielowi farmy zarządzanie całą instalacją i wywiązanie się z technicznych wymagań związanych z jej funkcjonowaniem w sieci elektroenergetycznej.

Dzięki rozwiązaniom WAGO możliwa jest realizacja trzech zasadniczych grup zadań.

REKLAMA

  • Monitoring punktu przyłączenia farmy fotowoltaicznej do sieci elektroenergetycznej. W takim przypadku sterownik WAGO pracuje jako klasyczny koncentrator danych – sterownik telemechaniki, którego celem jest zbieranie informacji z podrzędnych urządzeń stacji transformatorowej i zapewnienie zdalnej i bezpiecznej łączności z systemem SCADA.
  • Rozwinięciem funkcjonalności sterownika telemechaniki jest regulacja mocy czynnej i biernej ze źródła wytwarzania OZE w celu zapewnienia stabilności pracy sieci.
  • Trzecią grupą funkcjonalności jest monitoring wewnętrzny. W ramach koncepcji WAGO Solar Park Management proponujemy klientowi urządzenia i systemy, które umożliwiają integrację takich urządzeń jak: stacje pogodowe, inwertery, dataloggery czy inne czujniki, które zostaną zastosowane na farmie PV.

Rozwiązania WAGO realizują zestaw powiązanych ze sobą lub działających autonomicznie czterech podstawowych grup funkcjonalności. Integrują urządzenia, monitorują parametry, zapewniają zdalną komunikację oraz umożliwiają regulację mocy.

 

Rys.1 . Integracja, monitoring, komunikacja, regulacja.

Legenda:

  1. Punkt przyłączenia do sieci
  2. Równoległa komunikacja. Cyberbezpieczeństwo
  3. Koncentrator telemechaniki. Regulacja mocy
  4. Integracja obiektu
  5. Sterownik z rodziny PFC200
  6. Wewnętrzny system wytwórcy OZE

Integracja i monitoring parametrów

Sterowniki WAGO mogą zapewnić integrację wszystkich urządzeń występujących zarówno po stronie stacji przyłączeniowych (zabezpieczenia elektroenergetyczne, liczniki energii, analizatory sieci), jak i po stronie samej farmy PV, np. dataloggery, stacje pogodowe. Integracja urządzeń umożliwia z kolei monitoring parametrów pracy, pozwalając tym samym na regulację mocy czynnej i biernej farmy.

Z punktu widzenia stacji elektroenergetycznej najważniejszym urządzeniem jest sterownik polowy, który realizuje automatykę zabezpieczeniową dla farmy PV (czy innego źródła OZE). Sterownik WAGO zapewnia zdalny dostęp i zdalny odczyt takiego urządzenia poprzez wykorzystanie protokołów Modbus bądź IEC60870-5-103. Dodatkowo zapewniamy kontrolę stanu pracy transformatora, jak również układu podtrzymania zasilania (UPS). Jest to o tyle istotne, że bardzo często takie obiekty, jak farmy fotowoltaiczne znajdują się w oddaleniu od zabudowań czy miejscowości.

Dlatego zapewnienie podtrzymania zasilania wraz z monitoringiem gwarantuje bezawaryjną pracę obiektu, co przekłada się bezpośrednio na maksymalizację zysków. Do realizacji układu zasilania UPS można zastosować zasilacze dla energetyki z rodziny EPSITRON® Pro Power.

Wśród dodatkowych urządzeń integrowanych przez WAGO znajdują się również liczniki energii odczytywane zgodnie z IEC 62056-21 i DLMS. W celu pozyskania aktualnych informacji o stanie sieci energetycznych sterownik WAGO komunikuje się z analizatorami sieci poprzez protokół cyfrowy Modbus.

Koncepcja Solar Park Management wg WAGO to również integracja urządzeń po stronie farmy PV, takich jak inwertery, dataloggery, stacje pogodowe, czujniki nasłonecznienia itp. Transmisja danych z inwerterów odbywa się z wykorzystaniem komunikacji Modbus RTU oraz specjalnego protokołu komunikacji SunSpec.

Moduł pomiarowy WAGO

Istnieją dwie możliwości pozyskiwania danych pomiarowych. Pierwsza to zastosowanie zewnętrznego analizatora sieciowego. Drugą opcją jest moduł pomiaru mocy 3-faz. WAGO nr kat. 750-495, będący jedną z kart rozszerzeń dla sterownika.

Co zyskujemy stosując moduł pomiarowy WAGO? Przede wszystkim oszczędzamy miejsce, którego w szafach sterowniczych często brakuje, redukując również okablowanie. Moduł pomiarowy nie wymaga programowania, wystarczy konfiguracja. Jest to ważna zaleta, dzięki której oszczędzamy czas i środki potrzebne na programowanie i integrację zewnętrznych urządzeń. Co istotne, klasa dokładności pomiaru urządzenia jest na poziomie 0,5, a to zupełności wystarcza do realizacji późniejszej regulacji mocy.

Sama funkcjonalność modułu jest bardzo szeroka. Umożliwia on między innymi pomiar prądów, napięć, mocy czynnej, mocy biernej, cos φ, ale też analizę wyższych harmonicznych (do 41).

Monitoring wewnętrzny – wsparcie dla operatora farmy PV

Sterowniki WAGO dają tez możliwość monitorowania najważniejszych współczynników jakościowych pracy elektrowni PV: PR (performance ratio) – współczynnik wydajności pracy oraz  AV (availability for each inverters) – współczynnik dostępności inwerterów do pracy.

Wszystkie dane rejestrowane są w postaci bazy SQL oraz plików CSV i przesyłane do aplikacji chmurowej bądź tradycyjnego systemu SCADA. Poprzez aplikację chmurową użytkownik ma dostęp do lokalizacji swoich obiektów oraz możliwość generowania raportów z parametrami pracy i ewentualną sygnalizacją awarii w trybie on-line. System jest tak zaprojektowany, aby można było nadawać poziomy uprawnienia dostępu do danych tylko wybranym osobom. Zakres możliwości systemu nadzorującego pracę obiektów jest określany na etapie przygotowywania aplikacji.

 

REKLAMA

Rys. 2 Monitoring wewnętrzny – wsparcie dla operatora farmy PV.

Legenda:

  1. Komunikacja (IEC 60870, IEC 61850, DNP 3)
  2. Sterownik z rodziny PFC200
  3. Komunikacja (RJ 485/RJ 45)
  4. Przepływ energii elektrycznej (nN AC)

Komunikacja z systemem SCADA OSD

Koncepcja WAGO Solar Park Management zakłada łączność z Operatorem Systemu Dystrybucyjnego z zachowaniem zasad cyberbezpieczeństwa. Sterowniki WAGO pracują praktycznie u każdego OSD w Polsce, także w rozwiązaniach dla źródeł OZE, posiadają wbudowany modem GPRS, a podstawową formą łączności jest GSM 3G lub LTE. WAGO wspiera też stosowane wśród polskich OSD protokoły telemetryczne, np. DNP 3.0 czy IEC 60870. Nasze urządzenia zapewniają równoległą komunikację poprzez zewnętrzne modemy, wykorzystując łączność TETRA czy NetMan.

Sterowniki WAGO zapewniają też funkcjonalności web serwera, co znacznie upraszcza procedurę uruchomienia urządzeń na obiekcie. Poprzez web serwer, bez dodatkowych nakładów na zewnętrzne oprogramowanie, wykorzystując przeglądarkę internetową, dostaniemy się do serwera WWW. Tam można podejrzeć status sterownika WAGO i w prosty sposób nastawić parametry komunikacji z lokalnym systemem SCADA.

WAGO wspiera również cyberbezpieczeństwo poprzez tunelowanie transmisji danych, ich autentykację i szyfrowanie komunikacji z obiektu do systemu SCADA.

Na uwagę zasługuje też funkcjonalność konfiguratorów TeleControl. Pozwalają one w bardzo prosty sposób przeprowadzić mapowanie listy sygnałów ze wszystkich urządzeń, które wchodzą do sterownika. Jeśli nie ma konieczności wprowadzania dodatkowych funkcjonalności aplikacji, która obsługiwałby stację energetyczną, WAGO pozwala skonfigurować listę sygnałów dla OSD bez konieczności programowania. Oczywiście przeprowadzenie takiego procesu wymaga pewnej wiedzy oraz odbycia szkolenia.

Cyberbezpieczeństwo danych

Zaimplementowane w sterownikach standardy bezpieczeństwa teleinformatycznego (szyfrowanie danych AES128, IPSec, OpenVPN) pozwalają na stosowanie tych rozwiązań w najbardziej odpowiedzialnych i newralgicznych punktach sieciowych. Sterownik WAGO umożliwia zdalny dostęp do oddalonych stacji oraz przesyłanie wszystkich istotnych parametrów pracy równolegle do kilku systemów nadrzędnych. Rozwiązania WAGO wprowadzają możliwość autentykacji oraz uwierzytelniania, jak również logowania wielopoziomowego oraz parametryzacji poziomów dostępu.

Regulacja (mocy) systemu wytwarzania

Wymagania zwarte w kodeksach sieciowych OSD (NC RfG) wprowadzają dla pewnych grup źródeł OZE wymóg regulacji tak mocy czynnej jak i mocy biernej.

Koncepcja WAGO Solar Park Management, to również biblioteki programowe, które zapewniają rozwiązanie do regulacji mocy w dwóch formach. Pierwsza dedykowana mniejszym obiektom, to regulacja skokowa na żądanie – poziomami procentowymi mocy czynnej i biernej. W tym rozwiązaniu sterownik WAGO stanowi połączenie pomiędzy źródłem i OSD i w ramach komunikacji do farmy trafia od operatora sieci komenda obniżenia mocy o kreślony procent, czy blokady generacji i dalej te informacje przekazywane są do inwertera czy dataloggera.

Drugą formą regulacji jest regulacja płynna autonomiczna z wykorzystaniem biblioteki WAGO Power Plan Control (PPC). Biblioteka ta może być wykorzystana do płynnej regulacji mocy czynnej i biernej z konkretną charakterystyką pracy zadaną przez OSD (w komunikacji z zewnętrznym systemem SCADA). W tym przypadku sterownik po pozyskaniu danych z modułu pomiarowego, informacji z punktu przyłączenia do sieci, jest w stanie ustawiać punkty charakterystyki i przekazywać je do inwertera.

Centralnym elementem jest sterownik komunikacyjny z rodziny PFC200 wyposażony w bibliotekę Power Plant Control. Biblioteka spełnia wszelkie wymogi podane w kodeksach sieciowych RfG i przenosi język wymagań na język programistyczny, aby była możliwa implementacji tej funkcjonalności w sterowniku WAGO.

Dostęp do samego sterownika z poziomu systemu SCADA lub innych systemów nadrzędnych jest możliwy z wykorzystaniem znanych w polskiej energetyce protokołów telemetrycznych (DNP 3.0, czy z rodziny ICE 60870). Aktualne wartości pomiarowe w punkcie przyłączenia farmy PV do sieci możemy uzyskać przez zintegrowany w sterowniku WAGO moduł pomiaru mocy. Moduł ten umożliwia odbierania, odczytywanie informacji za pomocą przekładników, cewek Rogowskiego i innych rozwiązań.

Mówimy tu o pomiarach takich parametrów, jak prądy, napięcia, moce, częstotliwość sieciowa, czy analiza wyższych harmonicznych. Jest również możliwość wykorzystania już istniejącego na obiekcie zewnętrznego analizatora sieci. W tym jest możliwa komunikacja cyfrowa np. poprzez Modbus RTU czy Modbus TCP.

Same nastawy regulacyjne (Set Point-y) czy punkty pracy charakterystyki przekazywane są z poziomu sterownika i regulatora systemu wytwarzania do inwertera lub dataloggera. Następuje to poprzez standardową komunikację cyfrową np. Modbus TCP, ale również z wykorzystaniem protokołów do współpracy z inwerterami, takimi jak protokół SunSpec.

W zależności od tego, jak dany projekt jest zorganizowany, punkty pracy charakterystyki z regulatora do dataloggera czy inwertera możemy przesyłać również drogami niecyfrowymi. Można do tego celu wykorzystać wyjścia analogowe np. 4,20 mA lub 0,10 V lub w przypadku prostej regulacji skokowej – wyjścia bitowe dla kombinacji mocy czynnej i cos φ.

Dlaczego WAGO Solar Park Management?

  • Zapewnia kompleksowe rozwiązanie (WAGO BOX) od urządzeń, poprzez oprogramowanie, po wdrożenie i uruchomienie obiektu oraz szkolenia.
  • Klient otrzymuje: sterowniki komunikacyjne, układy zasilania UPS, modemy łączności, baterie akumulatorów, prefabrykowane szafy, gotowe aplikacje.
  • Dodatkowo WAGO zapewnia schematy oraz dokumentację w obrębie funkcjonalności WAGO.
  • Biblioteka WAGO Power Plant Control uwzględnia wymogi aktualnych kodeksów sieciowych i może być nie tylko w przypadku fotowoltaiki, ale również innych źródeł OZE.
  • Rozwiązania WAGO spełniają standardy OSD.
  • Skala zrealizowanych wdrożeń w polskiej energetyce sprawia, że doświadczenia WAGO będą pomocne w relacjach z operatorami sieci.

Zobacz również

 

artykuł sponsorowany