Alimentare scalabilă cu energie, fără restricții de sistem
Grupul spaniol Power Electronics și-a demonstrat expertiza vastă în domeniul aprovizionării cu energie prin peste 3.000 de proiecte fotovoltaice și de stocare a energiei, cu o capacitate totală pusă în funcțiune de 120 GW. Pentru controlul sistemelor sale modulare, compania se bazează pe tehnologia de control deschisă și de înaltă performanță Beckhoff: PC-urile încorporate puternice, combinate cu TwinCAT, permit o scalare flexibilă și modificări dinamice ale sarcinii de până la 330 MW în doar 110 ms.
Cu sediul în Llíria, lângă Valencia, Power Electronics este specializată în invertoare pentru rețeaua electrică și sisteme de stocare a energiei în baterii și este unul dintre principalii producători de invertoare pentru sisteme fotovoltaice la nivel mondial. Fondată în 1987, compania este reprezentată în 36 de țări și a implementat peste 3.000 de proiecte fotovoltaice și de stocare a energiei, cu o capacitate instalată de 120 GW (CA), prevenind eliberarea a aproape 120 de milioane de tone de CO2. Pe lângă producția de invertoare, pentru baterii și hibride, Power Electronics furnizează și propriul sistem de comandă-control pentru centrale – având ca elemente principale interfața controlerului de baterie (BCI) și controlerul centralei electrice (PPC).
O instalație este alcătuită din mai multe blocuri de alimentare individuale, dotate cu module solare și/sau baterii, fiecare dintre acestea fiind monitorizat și controlat de un BCI care utilizează un sistem de control bazat pe PC. Un bloc de alimentare conține un invertor pentru modulele fotovoltaice și – dacă se utilizează și stocarea în baterii – un convertor CC/CC. Invertorul convertește curentul continuu al modulelor fotovoltaice în curent alternativ pentru a alimenta fie rețeaua, fie bateriile în mod bidirecțional, în funcție de cerere. PPC-ul central este responsabil pentru controlul și coordonarea la nivel superior a tuturor blocurilor de alimentare dintr-o centrală, în conformitate cu cerințele operatorului de rețea.
Eficiență economică sporită prin control dinamic
Datorită experienței sale de zeci de ani, compania respectă reglementările stricte ale furnizorilor de energie, care variază de la o țară la alta și care, printre altele, definesc modul în care centralele trebuie să funcționeze pentru a asigura stabilitatea rețelelor energetice în anumite situații. „Dacă o centrală îndeplinește și cerințe și mai stricte în ceea ce privește timpii de răspuns, aceasta poate furniza așa-numitele servicii de sprijin”, afirmă David Dobón, Applications Engineering Manager la Power Electronics, subliniind importanța tehnologiei de control de înaltă performanță. Avantajul pentru operatori este că pot vinde energia introdusă în rețea la un preț mai ridicat. „Inițial, am reușit să comutăm sistemele noastre de la consumul a 150 MW de putere la furnizarea a 180 MW în 130 ms, de exemplu. Acum putem face acest lucru în doar 110 ms”, adaugă Agustin Cano, șef de echipă Sisteme de control la Power Electronics. Timpii de comutare extrem de scurți, precum aceștia, necesită un sistem de automatizare rapid și sofisticat, pe care Power Electronics îl implementează folosind hardware și software de la Beckhoff. Astfel, acesta poate controla toate cele trei variante de blocuri de putere: fotovoltaic, baterie și hibrid.
Provocarea reprezentată de blocurile de alimentare hibride
„Cel mai complex scenariu apare atunci când invertorul unui BCI gestionează simultan atât modulele fotovoltaice, cât și bateriile”, explică Hector Ortega, șef de echipă în departamentul de software la Power Electronics. Aceste blocuri de alimentare hibride funcționează atunci ca mici centrale fotovoltaice autonome și trebuie, în esență, să se autogestioneze pentru a menține un echilibru energetic.
Power Electronics utilizează PC-urile încorporate din seria CX de la Beckhoff, echipate cu PLC-ul TwinCAT 3 (TC1200), pentru a controla diversele interfețe ale controlerelor de baterii. „În funcție de configurația unui bloc de alimentare, se utilizează, de exemplu, un PC încorporat CX5120 sau CX5240 cu un procesor Intel Atom®”, explică Javier Menchén, suport tehnic la Beckhoff Spania. BCI-urile comunică cu invertoarele, bateriile și alte componente prin Modbus TCP și execută algoritmi de control sofisticați cu cicluri de timp foarte scurte.
TwinCAT 3 PLC HMI Web (TF1810) este, de asemenea, instalat ca sistem de vizualizare pe PC-urile încorporate ale sistemelor de control. Acest lucru permite personalului de service să acceseze parametrii dispozitivelor conectate direct la fața locului sau de la distanță, prin intermediul unei interfețe web.
Se preconizează că viitoarele îmbunătățiri funcționale și optimizările software vor necesita o putere de calcul suplimentară. În acest caz, performanța poate fi ajustată cu ușurință prin trecerea la un PC încorporat CX5330 cu două nuclee CPU. Miquel Coca, reprezentant de vânzări la Beckhoff Spania, adaugă: „Beckhoff își extinde în mod regulat portofoliul de PC-uri industriale și PC-uri încorporate cu variante mai puternice, asigurând în același timp disponibilitatea pe termen lung și scalabilitatea ușoară a computerelor sale de control.”
Sistemul de stocare cu baterii ca rezervă de control dinamică
PPC monitorizează și controlează mai multe BCI-uri și are rolul esențial de a coordona toate blocurile de putere dintr-o centrală. În acest context, Power Electronics utilizează un PC încorporat CX2033 echipat cu un procesor AMD Ryzen™. „Într-un proiect, am coordonat deja 160 de BCI-uri cu ajutorul acestui PC încorporat și încă nu ne-am apropiat de limita capacității sale”, afirmă David Dobón. PPC înregistrează și prelucrează informațiile de la fiecare BCI prin intermediul protocolului de comunicații ADS și le furnizează valorile de referință de funcționare. „ADS este foarte rapid, flexibil și permite comunicarea prin rețeaua Ethernet a centralei”, subliniază Miquel Coca. Sunt planificate și extinderi pentru software-ul PCC, urmând ca în viitor să fie utilizat un PC încorporat CX2043 cu patru nuclee CPU.
Deschiderea facilitează integrarea sistemelor
„Utilizarea unui PC de control cu un sistem de operare deschis permite integrarea codului .Net, ceea ce reprezintă un avantaj major pentru noi”, afirmă Hector Ortega, subliniind o caracteristică importantă a sistemului de control bazat pe PC de la Beckhoff. Astfel, Power Electronics a reușit să implementeze protocolul de telecontrol DNP3, utilizat de mulți furnizori de energie pentru comunicarea dintre sistemul SCADA de nivel superior și stații. În plus, .Net este folosit pentru gestionarea bazelor de date și dezvoltarea sistemului de vizualizare.
„Sistemul de gestionare a sarcinilor în timp real TwinCAT, împreună cu puternicele PC-uri încorporate, este esențial pentru asigurarea unor timpi de răspuns scurți în cazul centralelor fotovoltaice și al sistemelor de stocare cu baterii”, subliniază Agustin Cano. Mai mult, instrumentele de diagnosticare furnizate de TwinCAT sunt extrem de utile pentru monitorizarea timpului de execuție al fiecărei sarcini pe toate nucleele și ciclurile. Compatibilitatea hardware-ului și software-ului a fost un alt criteriu pentru alegerea Beckhoff ca furnizor. Colaborarea dintre echipele de la Power Electronics și Beckhoff în clarificarea problemelor tehnice a fost rapidă, fluentă și, pe deasupra, eficientă.
KREATRON AUTOMATION SRL