Автоматична система обмеження генерації СЕС на базі ОІК Д2

Опис об’єкта регулювання

1.1. Загальна характеристика об’єкта регулювання

До вашої уваги пропонується опис апаратно-програмного комплексу, який в автоматичному режимі дозволяє здійснювати обмеження генерації СЕС згідно з заданою уставкою, що необхідно для оптимізації значень перетоків у високовольтних лініях при можливому неконтрольованому наростанні генерації в денний час доби.

Об’єктом автоматизації був пул з 11 СЕС із загальною можливою генерованою потужністю до 300 МВт, що працюють у складі єдиної енергосистеми України.

Кожна з СЕС є комплексом, що складається з розміщених на ділянці поля модулів сонячних фотоелектричних панелей (ФЕП), які групами підключені до інверторних станцій (ІВ), які перетворюють постійну напругу панелей 400 В в змінну 10 кВ.

Далі електроенергія високовольтними лініями 10 кВ надходить на підстанцію 110/10 кВ, з якої в свою чергу подається в електричні мережі підстанції енергосистеми.

Процес збирання та перетворення електроенергії повністю автоматизований.

До складу комплексу входить оперативно-інформаційна підсистема, що забезпечує візуальний контроль на моніторах диспетчерів за всіма робочими процесами СЕС.

Слід підкреслити, що на рівні електричних панелей та інверторних станцій відсутнє комплексне віддалене коригування їх робочих параметрів

Весь комплект обладнання було поставлено та введено в експлуатацію фірмою AEG (Німеччина).

1.2 Основні засади побудови СЕС

Як було сказано вище, дані СЕС складаються, власне, з комплексу, що генерує електроенергію (ФЕП, ІВ) і силової підвищує підстанції 110/10 кВ.

Поставленим завданням було створення автоматичної системи обмеження потужності, що генерується, на рівні ІС.

Генеруючий комплекс кожної з СЕС включає до свого складу від 20 до 27 однотипних ІВ, до складу кожної з яких входять два інвертори з вихідною потужністю по 630 кВА (на декількох ІС є також інвертори потужністю до 250 кВт), що працюють на один силовий трансформатор, що підвищує вихідною напругою 10 кВ.

Пара інверторів ІС працює в режимі «ведучий-відомий» та керується мікропроцесорними вузлами інверторів. Цей режим характеризується тим, що при малому засвіченні ФЕП їх обслуговує тільки провідний інвертор, а при підвищенні вхідної потужності понад 20% автоматично підключається ведений і група ФЕП розділяється навпіл в частині підключення до інверторів. При зниженні вихідної потужності нижче 20% відбувається відключення веденого інвертора, і ведучий знову обслуговує всі ФЕП. Такий режим дає можливість підвищення ККД ІВ на період слабкого засвічення ФЕП (ранок, вечір, хмарність).

У кожній із ІС встановлено промисловий контролер, який забезпечує збір технологічної інформації з кожного з інверторів, від усіх ФЕС, системи електроживлення власних потреб та метеоданих.

Зібрані дані по локальній обчислювальній мережі, якою по кільцю об’єднані всі ІС за допомогою волоконно-оптичної лінії зв’язку та через маршрутизатор по VPN-каналу передаються на сервер оперативно-інформаційного комплексу, розташованого поза Україною.

Таким чином технологічна інформація про робочі процеси на СЕС збирається та обробляється відповідними програмами та у зручному для оператора вигляді у реальному часі відображається на моніторах робочих станцій чергових диспетчерів як рівня СЕС, так і рівня центрального диспетчерського пункту (ЦДП).

У разі робочі станції є «клієнтами» сервера, який видає їм інформацію з VPN-каналу.

Окремою функцією контролера управління ІВ є можливість індивідуального управління кожним з інверторів у «ручному» режимі або з пульта на ІВ або з робочої станції на ЦДП.

Опис складу та функціонування автоматичної системи обмеження генерації (АСОГ) СЕС

2.1. До технічних вимог щодо створення були включені такі основні умови:

— робота в автоматичному режимі у різні періоди світлового дня (ранок, день, вечір);

— Можливість локального «ручного» регулювання при порушенні зв’язку з верхнім рівнем автоматичного керування;

— діалоговий інтерфейс «людина-комп’ютер»

— не порушення існуючого режиму оперативного контролю над роботою устаткування.

2.2. Для вирішення поставлених завдань було створено спеціалізований апаратно-програмний комплекс, що має таку архітектуру (див. рис. 1).

У кожній ІС між інверторами та промисловим контролером встановлений Електронний Комутатор Протоколів (ЕКП), який підтримує самостійний обмін даними інверторами, формує буфер обміну через який забезпечується обмін з існуючим промисловим контролером і додатково через порт Ethernet існуючою обчислювальної мережі з груповим контролером СЕС.

Груповий контролер СЕС встановлений у вузлі зв’язку СЕС і по мережі підтримує обмін даними з усіма ЕКП СЕС внутрішньої локальної мережі через перший порт Ethernet.

Другий порт Ethernet. служить обмінюватись даними через VPN-канал із сервером, встановленим в ЦДП.

Сервер підтримує зв’язок із усіма груповими контролерами СЕС з окремих VPN-каналів.

Складові частини комплексу мають такі технічні характеристики:

— ЕКП є спеціалізованим контролером на базі мікроконтролера типу STM-32 з вбудованим прикладним програмним забезпеченням, що працює на платформі операційної системи Free RT OS;

-КПЛ-32 груповий контролер СЕС (контролер програмований логічний КПЛ-32 власної розробки) — модуль на базі промислового контролера типу фірми ICOP з попередньо встановленою операційною системою Linux, на платформі якої функціонує вбудоване прикладне програмне забезпечення;

-ОІК D2 сервер із попередньо встановленою операційною системою Window 10, на якому інстальовано ліцензоване прикладне програмне забезпечення “ОІК D2”;

— Робочі станції — «клієнти» сервера.

Усі перелічені складові комплексу для інформаційного зв’язку користуються ресурсами існуючої обчислювальної мережі.

2.2. Створена АСОГ підтримує наступний режим роботи.

Всі ЕКП у постійному циклі опитують інвертора, формують буфер прийнятих даних і видають інформацію за запитом (протокол Modbus RTU) на промисловий контролер діючої системи оперативного контролю, а в статусі сервера внутрішньої обчислювальної мережі (протокол IEC60870-5-104) на груповий контролер СЕС . У зворотному напрямку від групового контролера ЕКП приймають команди управління інверторами. Таким чином підтримується «прозорий» режим для роботи існуючої системи контролю з отримання даних від інверторів і робота системи обмеження генерації, що створюється в режимі реального часу.

Груповий контролер СЕС, в режимі реального часу, за VPN-каналом у протоколі IEC60870-5-104 передає дані на сервер ЦДП.

Одночасно, завдяки вбудованому в контролер Web-інтерфейсу на моніторі, підключеного до нього технологічного комп’ютера, можна спостерігати за станом всіх підключених на СЕС інверторів і керувати ними в «ручному» режимі з боку чергового персоналу СЕС.

Ця функція використовується при порушенні інформаційного зв’язку між груповим контролером та сервером ЦДП та дозволяє локально керувати інверторами з робочого місця чергового СЕС за командами за допомогою телефону від диспетчера ЦДП.

У штатному режимі на сервер ЦДП окремими VPN-каналами надходить інформація від усіх групових контролерів СЕС. На сервері запускаються автономні завдання з обробки прийнятих параметрів від кожної із СЕС і відповідно до заданого алгоритму ведеться обробка даних від інверторів з урахуванням їхнього поточного стану, включаючи значення рівнів їх індивідуального заданого навантаження.

Проводиться розрахунок індивідуальних уставок інверторів, виходячи із заданого значення максимально можливої генерації потужності СЕС, яке встановлює черговий диспетчер ЦДП за заявками від диспетчера регіональної енергосистеми.

Ці значення як аналогових команд телеуправління видаються кожної із завдань на свій груповий контролер, а він, у свою чергу, передає на підключені до нього інвертора. Максимальний час, що витрачається на процес встановлення заданого значення потужності, що генерується, не перевищує 2 хв на одну СЕС.

Надалі завдання аналізує отримувані поточні значення потужності і за необхідності коригує індивідуальні уставки інверторів, домагаючись відхилення від загального заданого значення лише на 2 %.

Алгоритм обробки враховує стан інверторів у різний час світлового дня та їх режим роботи «ведучий-відомий», а також їхнє можливе позаштатне відключення.

Зрозуміло, що при падінні сонячної активності система жодним чином не може збільшити значення генерації.

Додатковою функцією АСОГ є передача системному оператору регіональної енергосистеми поточних значень потужності, що генерується, інверторами еталонних ІС та рівнів сонячної активності, що вимірюються піранометрами, встановленими на них.

Описана АСОГ в даний час знаходиться в дослідній експлуатації та зауважень щодо її роботи до нас не надходило.

Застосування такого типу АСОГ переважно у компаніях, де під центральним диспетчерським управлінням перебуває кілька СЕС, т.к. її архітектура передбачає використання єдиного програмного керуючого комплексу, що призводить до централізованого контролю та управління та економить кошти на придбання програмного забезпечення, т.к. в іншому випадку необхідно встановлювати такі комплекси на кожній із СЕС.

Додаток.

Структурна схема побудови АСОГ
Скріншоти №1, 2 вікон контролю та правління на моніторі робочої станції диспетчера на ЦДП
Скріншот вікна контролю та управління на моніторі технологічного комп’ютера чергового на вузлі зв’язку СЕС у режимі роботи через Web-інтерфейс.