Dynamiczna regulacja mocy biernej przy wykorzystaniu falowników Huawei.

18 lipca 2022

Nadmiar energii biernej, której źródłem są m.in. generatory, kable czy transformatory, wpływa negatywnie na możliwości przesyłowe sieci energetycznych. Operatorzy sieci, zdając sobie z tego sprawę, wymagają, żeby nowo przyłączane obiekty wyposażone w elektrownie fotowoltaiczne spełniały coraz bardziej restrykcyjne wymagania. W ich spełnieniu pomagają układy regulacji i kompensacji mocy biernej.

Na rynku dostępnych jest wiele rozwiązań, na czele których stoją układy dynamiczne, wyposażone w algorytmy regulacji mocy czynnej dopasowujące w czasie rzeczywistym swoje nastawy do aktualnego stanu obiektu. Na szczególną uwagę zasługuje autorski system EMACS polskiej firmy Electrum, który doskonale współpracuje z inwerterami o zróżnicowanej mocy, funkcjonalnościach i zastosowaniu.

Wyższy poziom kompensacji mocy biernej

Samo zagadnienie kompensacji mocy biernej jest tematem złożonym i wymagającym indywidualnej analizy dla każdego obiektu. W klasycznych układach kompensacji, w których poziom mocy biernej niwelowany jest przez układy statyczne takie jak dławiki czy baterie kondensatorów, generacja mocy biernej do sieci niwelowana jest wyłącznie na stałym poziomie, przy założeniu, że poziom napięcia rzeczywiście jest stały. Taki statyczny układ może jednak okazać się niewystarczający, a ponadnormatywny pobór mocy biernej przekłada się wprost na wysokość kar za przekroczenie limitu poboru energii biernej. Odpowiedzią na powyższe niedoskonałości są układy dynamiczne, które z jednej strony wykonują pomiar mocy biernej w punkcie przyłączenia do sieci, a z drugiej strony sterują urządzeniami aktywnymi w taki sposób, aby moc bierna w punkcie przyłączenia została ograniczona do minimum.

– Chodzi o to, aby w czasie rzeczywistym obserwować spełnienie warunków dla przesyłu energii elektrycznej wynikających z postanowień kodeksu sieci NC RfG oraz umowy przyłączeniowej, które uchroni przed karami nakładanymi przez operatora. Kary te mogą być dotkliwe i odczuwalne dla właściciela instalacji. – podkreśla Mateusz Czajkowski, Inżynier Systemów Sterowania z Electrum Solutions.

Rozwiązania, które umożliwiają skalowanie i dalszą rozbudowę funkcjonalności w zakresie kompensacji mocy biernej nabierają szczególnego znaczenia dla wszystkich biznesowych inwestorów, którzy zainwestowali we własne elektrownie fotowoltaiczne i chcą maksymalizować oszczędności i optymalizować działalność swoich przedsiębiorstw.

Zarządzanie mocą bierną w praktyce

W przypadku obiektów w których zainstalowane są źródła wytwórcze (PV), konieczna jest nie tylko kompensacja mocy biernej, ale również odpowiedna regulacja całej instalacji. Warunki, jakie należy spełnić są określane przez kodeksy sieciowe oraz przez konkretyzujące je wymogi ogólnego stosowania. Wymagania operatorów sieci dystrybucyjnej dla konkretnego obiektu również mają istotne znaczenie dla funkcjonowania całego systemu. Powyższe wytyczne wprowadzają konieczność zagwarantowania znacznie szerszego spektrum mocy biernej niż jest to konieczne w przypadku samej kompensacji. Również w tym przypadku można zauważyć zdecydowaną przewagę układów dynamicznych nad standardowymi układami statycznymi. Wykorzystanie algorytmów umożliwiających zarządzanie całościowe elektrownią PV, składającą się nawet kilkuset falowników, umożliwia wypełnienie tych wymagań bez konieczności stosowania dodatkowych urządzeń, które mogłyby znacząco podwyższyć koszt całej inwestycji.

Cyfrowe wsparcie energetyki

Sektor energetyczny powinien sięgać na większą skalę po cyfrowe narzędzia, które są w stanie zapewnić optymalny poziom kompensacji i regulacji mocy biernej. Idealnym rozwiązniem zdają się być systemy SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition), stanowiące jeden z podstawowych elementów systemów automatyki. Pośród systemów dostępnych na rynku wyróżnia się autorski system firmy Electrum – EMACS, dedykowany dla branży energetycznej. Rozwiązanie to stanowi odpowiedź na problemy związane z integracją, przetwarzaniem i prezentacją danych z wielu źródeł w jeden spójny system, opracowany specjalnie pod kątem specyficznych wymagań dotyczących uczestników sektora OZE, również tych w obszarze kompensacji mocy biernej. Pomocne w interpretacji i przetwarzaniu danych z systemu mogą okazać się tu również wskaźniki takie jak PR (Performance Ratio), czyli stosunek energii wyprodukowanej do teoretycznej) oraz AV (availability), czyli dostępność falowników.

EMACS – więcej niż SCADA

System EMACS łączy w sobie zalety klasycznego systemu SCADA, platformy Internet of Things i systemu do modelowania mikrosieci z oprogramowaniem Business Intelligence. EMACS to również zaawansowana usługa, dzięki której w jednym, spójnym systemie można integrować, przetwarzać i prezentować dane z obiektów o różnym poziomie mocy oraz napięcia. Dzięki temu rozwiązaniu można monitorować i kontrolować dowolne procesy związane z generacją, magazynowaniem i wykorzystaniem energii z OZE, a także pozyskać dane do analizy biznesowej na różnych poziomach szczegółowości.

– System EMACS to nie tylko samo rozwiązanie software‘owe, ale również wsparcie specjalistów – począwszy od doboru rozwiązań i wdrożenia, przez pomoc w interpretacji danych po doradztwo w decyzjach związanych z rozbudową i regulacją posiadanych przez klienta aktywów energetycznych. System zbiera aktualne dane i pomiary, wizualizuje je, steruje procesami, alarmuje i raportuje. Raporty aktualizowane w czasie rzeczywistym są dostępne w każdej chwili w przeglądarce www na dowolnym urządzeniu. – podkreśla Michał Gryc, Inżynier ds. Systemów SCADA z Electrum Solutions.

Rys. 1. Widok umożlwiający podgląd działania wszystkich instalacji OZE jednego właściciela.

Narzędzia i algorytmy gwarancją optymalnego wykorzystania systemu

Autorski system EMACS stworzony przez Electrum, wyposażony został w zaawansowane algorytmy pracujące na wysokiej jakości danych w połączeniu ze specjalistycznymi rozwiązaniami sprzętowymi, dzięki czemu stanowi gwarancję sukcesu inwestora w zakresie dynamicznej kompensacji i regulacji mocy biernej. Dynamiczna regulacja to regulacja całą instalacją. System EMACS doskonale współpracuje z falownikami łańcuchowymi Huawei SUN2000-215KTL-H0. W standardowych rozwiązaniach ten trójfazowy falownik PV podłączony do sieci przekształca prąd stały generowany przez łańcuchy fotowoltaiczne na prąd przemienny i dostarcza energię do sieci energetycznej w układzie IT.

Rys. 2. Schemat instalacji, 3.x ,4.x, 5.x są podpięte do GPO na WN

Jako pierwszy dostawca na rynku firma Electrum Solutions wykorzystała falowniki łańcuchowe Huawei SUN2000-215KTL-H0 do zbudowania dynamicznego układu kompensacji mocy biernej. Dzięki zastosowaniu dodatkowych komponentów umożliwiających pracę falowników bez zainstalowanych obwodów DC, udało się zbudować niezawodny, dynamiczny układ kompensacji, pozwalający na regulację mocy biernej w punkcie przyłączenia.

Rys. 3. Widok na GPO i stan pracy algorytmu sterowania mocą czynną i bierną obiektu oraz możliwość sterowania pracą algorytmu.

Jak podkreśla Marcin Kłomski, Solution Manager z firmy Huawei: – Zaprojektowanie instalacji wykorzystującej falowniki do regulacji mocy biernej musi uwzględniać ich ilość, którą trzeba określić tak, aby spełniała wymagania kodeksu NC RfG. Wyzwaniem przy stosowaniu falowników łańcuchowych jest to, że potrzebują zasilania prądem stałym, aby wbudzić się do pracy. Współpraca z Electrum Solutions pokazuje, że falowniki w połączeniu z dobrym systemem informatycznym są w stanie spełniać swoją funkcję, nawet w najbardziej wymagających warunkach.

Rys. 4. Widok na część dynamiczną algorytmu kompensacji mocy biernej i możliwość wyboru inwerterów oraz wyłączenia stacji z działania algorytmu.

Klaster Energii: system, który naprawdę działa

Pierwsza polska spółka dystrybucyjna działająca w ramach Klastra Energii oraz pionier w zakresie dystrybucji i bilansowania energii, Electrum Solutions zrealizowało pod klucz 49 farm fotowoltaicznych o łącznej mocy 49 MWp, a wszystkie prace wykonane zostały w formule EPC. W celu uzyskania wymaganego stopnia skompensowania sieci dystrybucyjnej, w każdym projekcie niezbędne było przeprowadzenie analizy możliwości wykorzystania dodatkowych dławików oraz falowników fotowoltaicznych Huawei do kompensacji sieci bez generacji mocy czynnej oraz sprawdzenie możliwości zabudowy układu na farmie. Jak podkreśla Marcin Kłomski, Solution Manager z Huawei: – Elektrownie fotowoltaiczne zrealizowane w ramach Klastra Energii oparte są o falowniki łańcuchowe Huawei SUN2000-105KTL-H1, które służą do generowania mocy czynnej, ale również produkcji mocy biernej w zakresie wymagań określonych przez warunki przyłączenia.

Warto również podkreślić, iż układ regulacji wykorzystuje statyczne urządzenia takie jak dławiki i transformatory w celu optymalizacji pracy całego układu, dzięki czemu możliwe jest maksymalne wykorzystanie mocy czynnej generowanej przez zainstalowane generatory.

Rys. 5. Przykładowa charakterystyka z kompensacji.

Takie zaprojektowanie systemu dynamicznej kompensacji mocy biernej, które wykorzystuje optymalne narzędzia dostosowane do konkretnych wymagań, algorytmy oraz systemy analizy danych, zapewnia realne wyniki w kompensacji mocy biernej z korzyścią dla inwestora.

Wysokiej klasy falownik to podstawa

Dynamiczna regulacja mocy biernej w omawianych przypadkach opiera o falowniki Huawei SUN2000. Jak zaznacza Marcin Kłomski, Solution Manager z Huawei: – Falowniki powinny harmonijnie współpracować i wspierać sieć elektroenergetyczną. Odpowiedzią Huawei na wyzwania polskiej energetyki są falowniki z serii SUN2000, które stanowią inteligentne centrum zarządzania energią elektryczną i znacząco przyczyniają się do zwiększenia uzysków energetycznych i zapewniają optymalną pracę elektowni fotowoltaicznych.

Zaawansowane technologiczne falowniki, będące jednocześnie intuicyjne w obsłudze, mogą być połączone z instalacją dynamicznej kompensacji mocy biernej. Charakteryzuje je wysoka wydajność, niezawodność i bezpieczeństwo, co potwierdzają liczne opinie inwestorów. W połączeniu z zaawansowanymi systemami, takimi jak EMACS, wypadają znakomicie – czyniąc wyposażone w nie instalacje bardziej wydajnymi i w dużej mierze bezobsługowymi.

Rozwiązania dla optymalizacji

W energetyce obecnie liczy się takie działanie, które umożliwi kontrolę nad źródłami wytwarzania, spełniając wymagania kodeksu NC RfG z uwzględnieniem warunków krajowych. W przypadku kompensacji i regulacji mocy biernej celem jest nie tylko uniknięcie kar, ale generowanie realnych oszczędności, które szczególnie w przypadku fotowoltaiki mogą być ogromne, sięgające setek tysięcy złotych. Idealnym rozwiązaniem jest dynamiczna kompensacja mocy biernej, która bez wątpienia korzystnie wpłynie na IRR inwestycji.

– Nieustanny rozwój i doskonalenie rozwiązań Huawei dla branży fotowoltaicznej to kierunek, w jakim zmierzamy. Aktywne wpieranie sieci elektroenergetycznej przez rozwiązania Huawei to jeden z kluczowych priorytetów działów R&D Huawei, które skutecznie wdrażamy na polskim rynku. – zaznacza Marcin Kłomski, Solution Manager z Huawei.

– Cel oszczędności przyświeca projektowaniu instalacji, które wyciągają wszystko, co najlepsze od dostawców ich komponentów. Tak było w przypadku Klastra Energii i tak będzie przy wielu kolejnych projektach. Teraz nadszedł czas na rozwiązania umożliwiające współdzielenie infrastruktury energetycznej pomiędzy farmami wiatrowymi a słonecznymi, tzw. cable pooling oraz wspomaganie instalacji OZE magazynami energii. Również w tym obszarze jesteśmy przygotowani na nowe wyzwania. – dodaje Mateusz Czajkowski z Electrum Solutions.