Spoľahlivé obnoviteľné zdroje

V zásade je elektrická sieť hra s nulovým súčtom: akákoľvek elektrická energia, ktorá do nej prichádza, musí byť tiež v tom istom okamihu spotrebovaná. Teoreticky to znie dosť jednoducho, ale v praxi to často býva inak. Rastúci počet fotovoltických a veterných systémov predstavuje pre prevádzkovateľov siete mimoriadne výzvy. Koniec koncov, spotrebitelia sotva prispôsobia svoje správanie tomu, či slnko svieti alebo vietor fúka. WSTECH so sídlom v nemeckom meste Flensburg dokázal tieto problémy prekonať.
Spoľahlivé obnoviteľné zdroje

Pri výrobe obnoviteľnej energie je dôležité dodržiavať zákonné požiadavky pre stredné napätie. Požaduje sa oveľa viac ako len to, aby bolo napájanie pod správnym napätím a frekvenciou. Napájacie systémy musia tiež spĺňať špecifikácie vzhľadom na prítomnosť rušivých vĺn a musia byť tiež schopné zohrať aktívnu úlohu v statickej a dynamickej stabilizácii siete. Všetky tieto úlohy pripadajú na meniče, ktoré tvoria srdce napájacieho systému. Spracúvajú jednosmerné napätie prichádzajúce z fotovoltických článkov alebo striedavé napätie z veterných generátorov s premenlivou frekvenciou a potom ich podľa potreby dodávajú do napájacej siete.

Výkonné meniče od 500 do 6 000 kVA

Od založenia WSTECH v 2001 získalo približne 100 zamestnancov spoločnosti rozsiahle know-how. Siemens AG má v súčasnosti podiel v tomto podniku. Ich odborné znalosti zahŕňajú vývoj a výrobu zostáv riadiacich jednotiek, v ktorých sú meniče riadené impulzným vzorom prostredníctvom modulov IGBT. „Táto zostava predstavuje našu kľúčovú kvalifikáciu a používa sa vo všetkých typoch zariadení,“ hovorí vedúci výskumu a vývoja Mark Ahmling. „Svojimi rýchlymi a presnými riadiacimi slučkami zaisťuje, že prúd preniká do siete v sínusovej forme a bez výkyvov.“ Aby to dosiahli, vývojári potrebujú vysokovýkonnú zbernicu, ktorá je virtuálne bez odchýlky v časovaní.

POWERLINK použitý s cieľom maximálnej synchronizácie

Fázovým posunom viacerých výkonových modulov presne o 180 stupňov sa 10 kHz harmonické kmity navzájom rušia skôr, než by sa museli odfiltrovať dodatočne. „Nielenže nám to umožňuje znížiť množstvo potrebnej filtračnej technológie, ale tiež to výrazne zvyšuje spoľahlivosť,“ zdôrazňuje M. Ahmling. Avšak funguje to len vtedy, ak všetky zúčastnené moduly pracujú a komunikujú synchrónne s toleranciou ±2 µs.
Pri hľadaní vhodného systému objavil Ahmlingov tím B&R a najmä POWERLINK. Pre hlavnú riadiacu jednotku padla voľba na systém X20 pripojený k sekundárnym riadiacim jednotkám, meracím panelom a ostatným komponentom prostredníctvom POWERLINK-u. Takmer bez odchýlky SoC (single-chip system) signál z POWERLINK-u udržuje všetky komponenty presne synchronizované a je preto kľúčom k úspechu. Ďalší faktor, ktorý odlišuje túto zbernicu od jej konkurentov, je množstvo dát, ktoré možno vymieňať v reálnom čase.

Otvorenosť a nezávislosť

Použitie systému X20 má pre WSTECH aj iné výhody. „Operačný systém reálneho času Automation Runtime nás robí nezávislými od spoločnosti Microsoft a znižuje riziko malwaru,“ vysvetľuje vývojár. „Vždy keď sa pozrieme na rozhrania, otvorenosť je kľúčovým kritériom.“ Je to potrebné, aby bolo možné komunikovať s inými systémami, v ktorých je protokol Modbus v súčasnosti stále štandardom. Vzdialená správa je pre M. Ahmlinga tiež dôležitá, pretože systémy WSTECH sa vyvážajú do celého sveta. Správa je možná v prostredí B&R Automation Studio pomocou integrovaného nástroja Visual Components a servera VNC. To umožňuje servisným technikom prihlásiť sa do ľubovoľného systému na svete, analyzovať jeho stav online a v prípade potreby zasiahnuť.

Stabilná energetická sieť v budúcnosti

Výroba obnoviteľnej energie má za následok rastúci počet decentralizovaných bodov. Ako toto číslo stúpa, zvyšujú sa tiež požiadavky na stabilitu siete. Komponenty teda musia reagovať čoraz rýchlejšie na príkazy zo systémov riadenia siete a ešte lepšie ich regulovať. „Zvlášť v sektore veternej energie sú komunikačné cykly od 10 do 40 milisekúnd dnes už štandardom a v budúcnosti sa určite stanú ešte kratšie. Je dobré, aby sme na to boli pripravení už dnes,“ hovorí M. Ahmling.

Systémová koncepcia implementovaná WSTECH to robí presne tak. Tým otvára nové aplikácie pre meniče WSTECH, ako je napríklad ukladanie energie do batérií, ktoré umožňuje dynamickú absorpciu a uvoľnenie nadbytočnej energie na požiadanie. Jedným z príkladov je lítiovo-iónová batéria v Jardelunde v nemeckom štáte Schleswig-Holstein, ktorá má výkon 48 MW a skladovaciu kapacitu 50 MW hodín. To umožňuje, aby boli toky energie uložené alebo privádzané do siete v zlomkoch sekundy – čo je rozhodujúci faktor pri zabezpečovaní vysokej stability siete. Vyššia úroveň komunikácie v podnikoch vyžaduje štandardizovanú, v reálnom čase fungujúcu a predovšetkým bezpečnú IT sieť. Vďaka dostupnosti OPC UA a real-time ethernetu založenom na štandarde TSN (Time-Sensitive Networking) systém B&R tieto požiadavky perfektne spĺňa.

www.br-automation.com