Получение реальных результатов с помощью испытательного стенда IIC Microgrid

Консорциум промышленного Интернета (IIC) получает реальные результаты от своей программы тестирования. Проект Microgrid Testbed, совместно возглавляемый RTI, демонстрирует способность питать сеть 100% возобновляемыми источниками энергии, тогда как текущая сеть не может превышать 40%. Он также демонстрирует интеграцию с облачными приложениями управления, которые помогают утилите управлять несколькими микросетями.

Причина появления микросетей

Интерес к солнечной и ветровой энергии сегодня продолжает расти, чтобы уменьшить загрязнение, обеспечить устойчивость к бедствиям и сэкономить деньги. Но существующие системы передачи и распределения электроэнергии не были предназначены для управления большим количеством распределенных энергоресурсов (РЭР), которые производят переменную энергию, такую ​​как солнечная и ветровая. Солнечная батарея может потерять или восстановить мощность за миллисекунды из-за быстро движущегося облака, или ветер может внезапно упасть, поэтому должен быть доступен альтернативный источник, готовый немедленно принять нагрузку. Включение (или отключение) централизованной электростанции может занять до пятнадцати минут, если необходимо, и даже дольше для крупных тепловых станций. Поскольку для правильной работы предложение всегда должно соответствовать спросу, напряжение или частота в сети могут упасть и привести к отказу сети.

Микросети покрывают изолированную область, обычно с комбинацией DER, систем накопления энергии, таких как батареи, и некоторой возможности местного управления, которая позволяет микросети изолировать себя от основной электросети и работать автономно. Таким образом, они могут быстро и локально отреагировать на потерю мощности. Это может дать коммунальному предприятию дополнительные 15–30 минут на запуск дополнительного генератора и поддержание мощности.

Рис. 1. Пример микросети, которая использует передачу данных и периферийный интеллект для автоматизации местного производства электроэнергии и балансировки с нагрузкой. Микросети помогают интегрировать непостоянные источники энергии, такие как солнце и ветер.

Кроме того, эти возобновляемые ресурсы генерируют мощность постоянного тока, которую необходимо преобразовать в переменный ток через инвертор. Обычные алгоритмы управления предполагают наличие сильных сигналов напряжения и частоты, по которым они могут следовать по основной линии переменного тока. Преобразование постоянного тока в переменное прекрасно работает, когда большая часть энергии поступает от традиционных вращающихся генераторов, таких как угольная электростанция. Но когда большая часть мощности поступает от DER, алгоритмы управления по переменному току инверторов дают сбой, поскольку они оттесняют сигналы мощности друг от друга. В результате, DER вызывают нестабильность сети, когда они составляют более 20-40% генерации. Это также особая проблема для изолированных («островных») микросетей - без чего-то вроде дизельного генератора для генерации основного сигнала питания в микросети это нестабильно.

100% возобновляемая энергия

Коммунальные предприятия перемещают свою проприетарную коммуникационную инфраструктуру в сторону транспорта Ethernet и Интернет-протокола (IP) или сетей на основе пакетов. Это позволяет нам добавить чувствительную ко времени сеть (TSN), новейшую сетевую технологию Ethernet в реальном времени, между узлами инвертора, чтобы обеспечить синхронизированное измерение фазы, частоты и напряжения с точностью до миллисекунды. Вместо традиционного метода отслеживания сигналов переменного тока мы использовали сетевую связь для обмена измерениями фазы, частоты и напряжения в реальном времени. Это позволяет нам создать виртуальный мастер синхронизации и решить проблему синхронизации. Таким образом, мы смогли продемонстрировать 100% возобновляемые источники энергии в стабильной микросети.

Облачная интеграция и управление несколькими микросетями

Три ключевых возможности предлагаемой нами архитектуры микросети и DER:интеллектуальное управление на границе сети; одноранговая, высокопроизводительная связь для локальной автономии; и облачное управление, объединяющее сторонние данные и аналитику. Мы использовали многоуровневую архитектуру для интеграции периферии, управления микросетью и ее базы данных в реальном времени с облачным управлением, аналитикой и визуализацией.

Рисунок 2:Развернутая многоуровневая архитектура связи и управления для управления микросетями и распределительными сетями.

С помощью приложений для внутреннего управления мы собираем данные о рабочих условиях сети, DER и нагрузках. Затем мы дополняем его сторонними данными, такими как погодные условия, и выполняем интеллектуальную аналитику для оценки выработки электроэнергии. Мы также интегрируемся с местным балансирующим органом для стабильности сети и интегрируемся с серверной системой коммунального обслуживания, чтобы обеспечить полную видимость и контроль работы сети. Интегрированная панель управления обеспечивает визуализацию интерфейса для оператора распределения, оператора микросети и, в некоторых случаях, самих конечных пользователей.

Рисунок 3. Интерфейс оператора распределительной системы обеспечивает полную видимость и контроль распределительной сети с помощью DER, контролируемых нагрузок и нескольких микросетей.

Теперь, когда мы продемонстрировали 100% возобновляемые источники энергии и управление несколькими микросетями в лаборатории, следующим шагом будет работа с коммунальным предприятием в полевых условиях. Следите за обновлениями.

Чтобы узнать больше, ознакомьтесь с официальным документом IIC «Синхронизированная и готовая к работе микросеть».