Regulacja mocy farmy fotowoltaicznej na przykładzie rozwiązania WAGO

Odnawialne źródła energii są głównym filarem transformacji energetycznej, a ich udział w całkowitej produkcji energii elektrycznej stale rośnie. Warto zwrócić uwagę, że wzrost ilości źródeł OZE w KSE (Krajowy System Elektroenergetyczny) niesie ze sobą nowe wyzwania. Rozproszone systemy wytwarzania energii muszą wspierać i zapewniać jakość energii na odpowiednim poziomie. W tym miejscu pojawia się WAGO ze swoim rozwiązaniem, które umożliwia skuteczną regulację mocy czynnej i biernej na farmach fotowoltaicznych.

W wyniku zachodzących zmian na rynku energetyki, opracowano nowe zasady przyłączania źródeł wytwórczych do sieci elektroenergetycznej jako efekt wdrożenia do polskiego prawa przepisów ustanowionych w Unii Europejskiej. Ujednolicenie prawa w państwach UE związane jest z tworzeniem wspólnego rynku energii, a nowe wymagania w zakresie przyłączenia do sieci wynikają z rozporządzenia Komisji UE aktualizującego unijny kodeks sieci (NC – Network Codes) w zakresie wymagań dla jednostek wytwórczych OZE (RfG – Requirements for Generators). Kodeks, obowiązujący w naszym kraju, wprowadza nowe wymagania techniczne, m. in. związane regulacją mocy czynnej i biernej ze źródeł OZE oraz monitorowaniem punktu przyłączenia do sieci.

WAGO, wychodząc naprzeciw aktualnym wymaganiom, opracowało rozwiązanie regulatora mocy WAGO Solar Park Management (SPM) bazującego na bibliotece programowej Power Plant Control i sterowniku z rodziny PFC200dla jednostek wytwórczych OZE.

Rozwiązanie WAGO Power Plant Control posiada certyfikat zgodności z:

• Kodeksem Sieci
• Warunkami i procedurami wykorzystania certyfikatów w procesie przyłączania modułów wytwarzania energii do sieci elektroenergetycznych (PTPiREE)
• Wymogi w zakresie przyłączanie jednostek wytwórczych do sieci (NC RfG)
• Wymogami ogólnego stosowania wynikającymi z Rozporządzenia Komisji (UE) 2016/631 z dnia 14 kwietnia 2016 r. (PSE)

System regulacji mocy na farmach PV Żary I, II, III o mocy 35 MW

Regulator mocy WAGO został uruchomiony w ciągu trzech lat na kilkuset obiektach w kraju, których łączna moc znaczenie przekracza 1 GW. Jednym z projektów zrealizowanych w oparciu o rozwiązanie WAGO są farmy fotowoltaiczne Żary I, II, III o łącznej mody zainstalowanej wynoszącej 35MW, za budowę których odpowiedzialna była firma Nomad Electric. Rozwiązanie WAGO Solar Park Management wspiera zarządzanie ponad 600 inwerterami w czasie rzeczywistym. Farma zbudowana z ponad 120 tys. paneli jest w stanie zasilić około 20 tys. gospodarstw domowych w energię elektryczną. Ważnym aspektem projektu było również wykorzystanie rozwiązania do regulacji mocy czynnej i biernej dopuszczonego do stosowania przez operatora systemu przesyłowego PSE oraz wszystkie spółki dystrybucyjne pod patronatem PTPiREE.

Warunkiem niezbędnym do prawidłowego działania systemu regulacji było zapewnienie komunikacji pomiędzy urządzeniami:

• analizatorem sieci klasy A, pomiar referencyjny z punktu przyłączenia farmy do sieci
• koncentratorem telemechaniki, poprzez który komunikujemy się z systemem SCADA OSD
• dataloggerami / inwerterami fotowoltaicznymi, do których regulator WAGO przesyła konkretne wartości / punkty pracy

Punkt przyłączenia do sieci – pomiary referencyjne dla systemu regulacji WAGO

W warunkach przyłączenia dla tego projektu wydanych przez ENEA OPERATOR wskazano, że punktem przyłączenia do sieci jest odłącznik w polu liniowym w stacji 110kV. Aby zapewnić prawidłową pracę regulatora w punkcie przyłączenia do sieci zainstalowano analizator sieci klasy A, który jest urządzeniem referencyjnym w zakresie wartości pomiarów mocy czynnej P, mocy biernej Q, częstotliwości f, napięcia sieciowego U, współczynnika mocy cosfi. Niezwykle ważnym aspektem było również sprawdzenie jakości połączenia telekomunikacyjnego pomiędzy analizatorem a regulatorem umieszczonym w szafie telemechaniki na stacji GPO.

Warto zwrócić uwagę, że odległość między punktem przyłączenia a samą farmą może wynosić nawet kilkanaście kilometrów, co dodatkowo wskazuje na potrzebę stosowania urządzeń do regulacji/kompensacji mocy biernej w celu zmniejszenia rachunków za generację mocy biernej przez inwestora. Komunikacja między urządzeniami odbywała się z wykorzystaniem protokołu IEC 60870-5-104.

Koncentrator stacyjny w GPO – komunikacja z systemem OSD

Zgodnie z zakresem projektu w  GPO zamontowano urządzenia telekomunikacyjne oraz koncentrujące sygnały z obiektu na rzecz systemu SCADA. Wymiana danych pomiędzy systemem regulacji WAGO a koncentratorem stacyjnym odbywa się z wykorzystaniem protokołu EC 60870-5-104. Komunikacja pomiędzy systemem regulacji WAGO a koncentratorem stacyjnym jest krytyczna z punktu widzenia komunikacji z systemem OSD i wprowadzaniem ograniczeń mocy wymaganych przez OSD.

Dataloggery, inwerter  – komunikacja z farmą PV

System regulacji WAGO Solar Park Management steruje pracą inwerterów tj. wysyła celem „zapisywania” w tych urządzeniach nowe, bieżące nastawy pracy mocy czynnej P oraz mocy biernej Q.

Dodatkowo dataloggery pozyskują i dostarczają do systemu regulacji WAGO poniższe dane:

• liczba pracujących inwerterów,
• liczba odstawionych inwerterów,
• liczba uszkodzonych inwerterów,
• temperatura,
• nasłonecznienie,
• moc czynna dostępna,
• moc bierna dostępna.

Funkcjonalność systemu regulacji mocy WAGO

System, zbudowany na sterowniku WAGO PFC200 wraz z indywidualnym oprogramowaniem funkcjonalnym, oferuje dużą elastyczność w zakresie komunikacji z innymi urządzeniami stacyjnymi.

W systemie regulacji mocy WAGO dla farmy Żary wykorzystano:

• IEC 60870-5-104 do komunikacji z koncentratorem stacyjnym
• IEC 60870-5-104 do komunikacji z analizatorem sieciowym
• MODBUS TCP/IP do komunikacji z dataloggerami
• MODBUS TCP/IP do komunikacji inwerterami

System regulacji WAGO SPM posiada dwa niezależne regulatory mocy:

• mocy czynnej P,
• dla mocy biernej Q.

Regulacja mocy odbywa się zgodnie z możliwościami technicznymi jednostek wytwórczych i dołączoną listą sygnałów oraz ustaleniami z lokalnym OSD wynikającymi z warunków przyłączenia. Działanie systemu regulacji WAGO SPM opiera się na cyklicznym porównywaniu wartości zadanej – ustawienia technologiczne z wartościami rzeczywistymi, zmierzonymi przez analizator klasy A w punkcie podłączenia do sieci. Następnie algorytm oblicza parametry nastaw – wartości zadane dla mocy P i Q dla inwerterów – urządzeń wytwarzania energii elektrycznej. Wymiana danych oraz przesyłanie nastaw regulacyjnych do inwerterów odbywa się z wykorzystaniem protokołu Modbus TCP. Regulator został zaprojektowany tak, aby spełniał wymagania zasad przyłączania.

System regulacji mocy WAGO posiada dwa tryby pracy:

• lokalny (autonomiczny), realizujący cele: maksymalizacji wytwarzania mocy czynnej oraz minimalizacji mocy biernej w odniesieniu do określonego punktu przyłączenia do sieci.
• zdalny (z ograniczeniami), realizujący cele Operatora Systemu Dystrybucyjnego poprzez przejęcie kontroli nad regulatorem i wprowadzaniem zmian nastaw oraz innych charakterystyk pracy z wykorzystaniem komunikacji zdalnej.

Uruchomienie systemu regulacji oraz testy funkcjonalne

Warto zwrócić uwagę, że zgodnie z kodeksami sieci NC RfG, uruchomienie systemu regulacji mocy WAGO SPM jest wieloetapowe co należy ująć podczas układania planu prac.

I Etap – testy komunikacji pomiędzy urządzeniami współpracującymi i współtworzącymi system regulacji mocy WAGO SPM.

II Etap – sprawdzenie komunikacji z OSD oraz parametryzacja systemu regulacji mocy.

Ten etap prac polega na zdalnym przekazywaniu sygnalizacji, alarmów oraz sterowań pomiędzy SCADA OSD, koncentrator telemechaniki, systemem regulacji mocy WAGO SPM. Podczas II etapu uruchomienia następuje wprowadzenie nastaw technologicznych do systemu i ogólnego sprawdzenia działania. II etap pracy uruchomieniowych systemu regulacji wymaga, aby obiekt farma PV był na etapie lub po etapie energetyzacji – podania napięcia.

III Etap – związany jest z próbami funkcjonalnymi systemu regulacji mocy WAGO SPM i wymaganiami stawianymi przez OSD w celu dopuszczenia obiektu do użytkowania – wydania ostatecznego pozwolenia na użytkowanie.

Podsumowanie

Regulator WAGO Solar Management pozwala na stabilizację pracy sieci elektroenergetycznej w zakresie napięcia i częstotliwości w punkcie przyłączenia obiektów OZE do sieci co wpływa na zwiększenie bezpieczeństwa pracy systemu. Zastosowanie autonomicznych urządzeń regulacyjnych pozwala również na zarządzanie wieloma źródłami OZE z poziomu dyspozytora systemu SCADA. Regulacja mocy biernej prowadzi do zmniejszenie kosztów ponoszonych przez inwestorów OZE we obszarze rozliczeń z OSD.

WAGO ELWAG sp. z o.o.

ul. Piękna 58a
50-506 Wrocław
Telefon: +48 71 360 29 70
Faks: +48 71 360 29 99
E-mail: wago.elwag@wago.com

Chcesz dowiedzieć więcej o nas oraz naszych produktach i rozwiązaniach?

Odwiedź stronę internetową: wago.com/pl/energetyka

WAGO – materiał sponsorowany