Mechanizmy regulacji napięcia w Smart Grid

Transformator z OLTC:

• ustala bazowy poziom napięcia na szynie nN,

• reaguje na długotrwałe i globalne odchyłki napięcia,

• działa z histerezą i opóźnieniem czasowym.

W Smart Grid decyzja o zmianie zaczepu:

• opiera się na profilu napięć w całym obwodzie,

• uwzględnia ograniczenia liczby przełączeń,

• jest koordynowana z regulacją po stronie DER.

Falowniki PV i inne DER:

• realizują szybkie korekty napięcia,

• regulują moc bierną Q,

• w razie potrzeby ograniczają moc czynną P,

• reagują lokalnie lub na polecenie systemu nadrzędnego.

W zaawansowanych systemach Smart Grid:

• wykorzystywane są prognozy generacji PV i obciążenia,

• regulacja OLTC może być inicjowana „z wyprzedzeniem”,

• charakterystyki Q(U) i P(U) są dynamicznie dostosowywane.

Pomiary napięcia:

• w stacji (lokalnie),

• w wybranych punktach linii nN (złącza kablowe, instalacje PV).

Kanał komunikacji:

• Dane z urządzeń pomiarowych wysyłane poprzez sterowniki telemechaniki PFC200 Wago.

Warstwa komunikacyjna:

• dwukierunkowa komunikacja (LTE, Tetra, światłowód),

• protokoły IEC 61850, DNP, SunSpec,

• mechanizmy synchronizacji i cyberbezpieczeństwa.

Sterowalne urządzenia:

• falowniki PV z możliwością sterowania P i Q,

• OLTC na transformatorze,

• ewentualne baterie kondensatorów, magazyny energii.

Zakres dopuszczalnego napięcia, np. 207–253 V (Un ±10%). Napięcie referencyjne, np. 230 V na końcach linii lub na szynie nN.

Priorytety:

• zawsze utrzymać napięcia w przedziale dopuszczalnym,

• minimalizować ograniczanie mocy czynnej PV,

• ograniczać straty (unikamy przesadnych przepływów

• wartości U, P, Q z punktów pomiarowych,

• regulator WAGO oparty o PFC/Edge, tworzy aktualny obraz napięć w całym obwodzie (interpolacja, lub bardziej zaawansowanie: estymacja stanu / mały OPF).

Regulator WAGO monitoruje punkty pomiarowe

Priorytety:

• U > Umax (zbyt wysokie napięcie),

• U < Umin (zbyt niskie),

• ocenia „jak bardzo” przekroczone są limity i gdzie w sieci to występuje,

• szacuje jaka kombinacja działań zadziała najłagodniej.

Przykładowa kolejność

Regulacja OLTC

Jeśli cały obwód jest za wysoko/za nisko, zmienia zaczep transformatora (np. o 1–2 stopnie).

Sterowanie mocą bierną falowników (funkcja Q(U) sterowana centralnie)

• dla nadnapięcia: falowniki zaczynają pobierać moc bierną (indukcyjnie), żeby obniżyć lokalne U,

• dla zaniżonego napięcia: generują Q pojemnościowo,

• regulator wyznacza konkretne nastawy (np. nachylenie krzywej Q(U) lub bezpośrednie setpointy Q dla każdego falownika), zamiast jednej „sztywnej” charakterystyki.

Koordynacja

Nie dopuszcza, by kilka urządzeń robiło to samo „na full” – rozdziela zadanie pomiędzy falowniki proporcjonalnie do ich mocy / lokalizacji.

Ostateczność – ograniczanie P

Jeśli mimo użycia Q i OLTC nadal napięcie jest za wysokie, regulator zleca ograniczenie P:

• albo w postaci centralnie zadanej krzywej P(U),

• albo bezpośrednie setpointy mocy czynnej dla konkretnych falowników (np. tylko na końcu szczególnie „słabej” linii).

Regulator wysyła komendy/nastawy do:

• sterownika OLTC,

• falowników (np. przez protokół SunSpec/Modbus/IEC 61850),

• innych urządzeń (baterie kondensatorów, magazyny).

Urządzenia implementują nowe nastawy – zmienia się profil napięcia.

Po upływie kolejnego kroku czasowego:

• przychodzą kolejne pomiary.

Regulator sprawdza, czy:

• wszystkie napięcia wróciły do dopuszczalnego zakresu,

• nie pojawiły się nowe problemy (np. zbyt duże prądy, inne obwody),

• wprowadza kolejne drobne korekty – z histerezą i ograniczeniem szybkości zmian, żeby uniknąć oscylacji.

W praktyce to ciągła pętla: pomiar → ocena → decyzja → sterowanie → pomiar…

• Komunikacja z systemem SCADA

• W pełni programowalne sterowniki umożliwiające realizację mechanizmów regulacji napięcia Smart Grid

• Komunikacja z systemem SCADA

• Moduły pomiaru prądu, napięcia, mocy i energii, ze wskaźnikiem jakościowym 30s dla każdego odpływu nN

• Telesterowanie oraz detekcja zwarć w sieci SN, realizacja automatyki FDIR

• Zgodność z normą IEC/TS 62351-5 „Security for IEC 60870-5 and derivatives”

• Układ zasilania bezprzerwowego UPS 230/24V DC

• Wyłączniki nN 250A z napędem silnikowym

• Rozłączniki bezpiecznikowe,

• Układ zasilania bezprzerwowego UPS 230/24V DC

• Zdalne sterowanie wyłącznikami nN poprzez komunikację między sterownikami oraz systemem SCADA

• Analiza jakości energii – pomiary na odpływach (prąd, ze wskaźnikiem jakościowym 30s dla każdego odpływu nN:, profile prądów i napięć)

• Komunikacja z OSD, pomiędzy sterownikami oraz nadrzędnym regulatorem WAGO zainstalowanym w stacji w czasie rzeczywistym