Il sistema di controllo delle micro-reti Ovation™ opera come un’architettura di controllo unificata che monitora continuamente le condizioni del sistema e coordina le azioni di controllo tra risorse energetiche distribuite, carichi e infrastrutture elettriche. Basandosi sulla piattaforma di controllo integrata di Ovation, il funzionamento della micro-rete è organizzato attorno a tre elementi strettamente collegati: funzioni di controllo standard che garantiscono visibilità e stabilità del sistema, gestione energetica integrata che valuta obiettivi e vincoli operativi, e controllo elettrico integrato che gestisce il flusso di potenza e le transizioni del sistema. Insieme, questi elementi consentono al sistema di controllo della micro-rete Ovation di rispondere in modo dinamico alle condizioni mutevoli, mantenendo al contempo un funzionamento affidabile della micro-rete.
Funzioni di controllo integrate standard
Acquisizione dati
I moduli I/O Ovation acquisiscono dati ogni secondo o ogni 100 millisecondi per supportare le applicazioni di controllo o le esigenze di acquisizione delle informazioni. I moduli Ovation dedicati alla sequenza degli eventi offrono una risoluzione del timestamp degli eventi di 1/8 di millisecondo. Il sistema di controllo acquisisce inoltre informazioni, in genere a intervalli di 1-5 secondi, utilizzando protocolli di comunicazione come IEC 61850, Modbus, IEC 60870-5-104, OPC e DNP3.
I dati raccolti possono essere trasmessi attraverso la rete Ovation per essere utilizzati nelle postazioni operatore, nei pannelli di controllo e negli storici di processo.
Grafica del processo
Ogni sistema Ovation viene fornito con grafica specifica per il progetto, come gli schemi unifilari, che mostrano lo stato della micro-rete in tempo reale. I parametri di controllo inseriti nella grafica gestiscono automaticamente i processi della micro-rete. Vengono visualizzati anche i valori analogici critici come le tensioni di bus, la frequenza, il flusso di potenza, le temperature, lo stato degli inverter e le posizioni di interruttori e sezionatori.
Gestione degli allarmi
Il sistema di controllo Ovation include un sistema integrato intelligente di gestione degli allarmi che assegna la priorità agli allarmi delle microgrid per isolare e risolvere rapidamente i problemi.
Il sistema di gestione degli allarmi Ovation permette all’operatore di concentrarsi sulle situazioni importanti della micro-rete che si discostano dal normale funzionamento. Condizioni anomale, come valori fuori range (tensione o frequenza del bus elettrico troppo alta o troppo bassa), cambiamenti di stato digitale (apertura dell’interruttore di rete o azionamento del commutatore di trasferimento automatico) e timeout di caduta, vengono segnalate sulle postazioni operatore Ovation. Gli allarmi visualizzati sulle postazioni operatore vengono inviati anche a una stampante di allarmi e all’Ovation Process Historian, che crea una registrazione cronologica di tutti gli allarmi di processo e delle successive azioni dell’operatore.
Archiviazione dati
Lo storico di processo Ovation fornisce archiviazione di massa e recupero di dati di processo, allarmi, registrazioni della sequenza degli eventi e input dell’operatore nel sistema Ovation. I dati acquisiti continuamente dal sistema Ovation vengono archiviati nell’historian per il recupero e l’analisi. La conservazione dei dati dello storico di processo è limitata solo dallo spazio su disco disponibile, che può essere ampliato tramite unità a nastro o un’unità DVD.
Generazione rapporti
Lo storico di processo Ovation include un sistema di reportistica che presenta i dati storici rilevanti in vari formati. I modelli predefiniti possono essere utilizzati per le attività di reporting comuni. Sono disponibili funzionalità di report personalizzati per analisi dei dati più complesse. I report possono essere generati automaticamente su base oraria, per turno, giornaliera, mensile o annuale.
Gestione energetica per il controllo coordinato della micro-rete
Protezione dai costi elevati legati alla domanda sulla macro-rete, micro-rete, gestione dell’energia, gestione
Una micro-rete può avere un collegamento tramite un “punto di accoppiamento comune” alla rete di distribuzione (o macro-rete) e una struttura tariffaria/un contratto che stabilisce la quantità massima di energia (MWh) che è consentito consumare in un determinato periodo di domanda. Se questo limite viene superato, il gestore della micro-rete potrebbe incorrere in costi di domanda permanentemente più elevati.
Poiché la domanda di consumo viene misurata in energia (MWh) e non in potenza (MW), il sistema Ovation prevede il consumo di energia alla fine del periodo di tempo. Gli errori previsti vengono stimati misurando l’attuale tasso di consumo di potenza ed estrapolando i dati fino alla fine del periodo di domanda. Se il valore previsto supera il limite massimo di domanda, il sistema Ovation riduce automaticamente il carico o aumenta la produzione dalle risorse di generazione o dall’accumulo di energia per limitare l’energia prelevata dalla macro-rete. Inoltre, genera un allarme per avvisare l’operatore di intraprendere azioni correttive.
Gestione del flusso energetico e regolazione della tensione nel punto di accoppiamento comune
Gli operatori della macro-rete considerano le micro-reti come risorse energetiche distribuite il cui consumo o tasso di fornitura di energia, e il relativo effetto sulla tensione di sistema, devono essere controllati con rigore. Sebbene gli operatori delle micro-reti possano vendere e fornire energia attraverso la macro-rete, possono anche fornire un supporto di tensione fondamentale non solo alla micro-rete stessa, ma anche alla macro-rete.
Il sistema Ovation gestisce il flusso di energia e la regolazione della tensione al “punto di accoppiamento comune” in base a setpoint prestabiliti, che vengono costantemente raggiunti grazie a risposte rapidissime alle variazioni della domanda o alla disponibilità delle apparecchiature. Gli obiettivi di controllo delle micro-reti spesso comportano la massimizzazione della generazione da fonti rinnovabili e la riduzione al minimo dei costi di acquisto dell’elettricità. Quando una micro-rete genera più energia di quanta ne richieda il suo carico interno, il sistema Ovation controlla il flusso di energia verso le risorse di accumulo, la macro-rete o entrambe, a seconda di quanto stabilito dall’operatore.
Nei casi in cui una micro-rete non riesca a generare energia sufficiente a soddisfare i propri carichi interni, il sistema Ovation può disconnettere (o disattivare) i carichi non essenziali per ridurre al minimo la necessità di attingere energia dalla macro-rete, se ciò risulta economicamente vantaggioso. Allo stesso modo, il sistema Ovation disattiverà i carichi della micro-rete se un evento meteorologico o un’altra emergenza interrompe il funzionamento della macro-rete, impedendo alla micro-rete di prelevare l’energia necessaria. Lo farà in ordine di priorità, dai meno ai più essenziali, preservando la sua capacità di funzionare in modo autonomo e di autoalimentare i carichi più essenziali il più a lungo possibile.
Ottimizzazione della produzione, dello stoccaggio e dell’acquisto di energia
Le micro-reti sono costituite da un numero variabile di risorse di approvvigionamento energetico, stoccaggio di energia e carichi regolabili (consumo energetico). Hanno inoltre la possibilità di acquistare o vendere energia a fornitori e clienti collegati alla macro-rete. Le risorse energetiche distribuite possono utilizzare vari combustibili, ciascuno con costi e impatti ambientali diversi.
Gli obiettivi di prestazione delle micro-reti sono spesso incentrati sulla riduzione al minimo del costo dell’energia, sulla riduzione al minimo dell’impatto ambientale complessivo o su una combinazione dei due. Le applicazioni energetiche avanzate integrate Ovation di Emerson utilizzano una tecnologia di ottimizzazione all’avanguardia per aiutare gli operatori delle micro-reti a raggiungere i propri obiettivi di prestazione. Le applicazioni determinano i setpoint di controllo ottimali per gestire al meglio le risorse energetiche distribuite.
Calcoli delle prestazioni
Il Global Performance Advisor di Emerson è disponibile per calcolare l’efficienza di qualsiasi turbogeneratore a gas e/o a vapore presente nella micro-rete. Questo strumento permette agli operatori di identificare le perdite controllabili, monitorare le prestazioni delle apparecchiature rispetto alle specifiche di progetto e individuare rapidamente le aree di processo problematiche per ridurre i costi operativi. Questa soluzione fornisce una serie completa di calcoli sulle prestazioni di caldaie e turbine (basati sui codici ASME per i test di prestazione) per adattarsi alla specifica configurazione delle apparecchiature dell’impianto.
Controllo elettrico per un funzionamento sicuro della micro-rete
Controllo degli interruttori e interfaccia con gli IED
La logica di controllo degli interruttori integrata nel sistema Ovation permette all’operatore di inviare comandi di APERTURA e CHIUSURA dai schemi unifilari visualizzati sulle postazioni di lavoro. Prima che un’operazione abbia luogo, la logica verifica che l’interruttore sia nello stato corretto per eseguire tale operazione. Se viene inviato un comando e l’indicatore di stato non riflette il nuovo stato (cioè l’interruttore non indica che l’operazione è andata a buon fine) entro un certo lasso di tempo, viene generato un allarme.
Il sistema Ovation monitora continuamente la qualità dell’energia della macro-rete. Quando viene rilevato un problema nella macro-rete, Ovation può aprire l’interruttore nel punto di accoppiamento comune entro 50 microsecondi. Questa azione isola immediatamente la micro-rete, proteggendola e preservandone la capacità di continuare a servire il carico locale.
Ovation comunica con i dispositivi elettronici intelligenti (IED) utilizzando vari protocolli, tra cui:
- Modbus su collegamento seriale RS485
- Modbus su TCP/IP
- DNP
- Profibus
- IEC 1850
- IEC 60870-5-104
Distacco del carico
Il distacco del carico è una funzione di controllo fondamentale della micro-rete. Le applicazioni di analisi delle emergenze e di distacco del carico della micro-rete Ovation rispondono automaticamente ai disturbi elettrici, come la perdita della rete o di un produttore di energia, per ripristinare condizioni stabili.
Se si verifica la perdita di una fonte di alimentazione, come la rete, un generatore o un interruttore di interconnessione su un bus di generazione (un’emergenza), il carico corrispondente, pari alla quantità originariamente fornita da quella fonte, deve essere immediatamente distaccato. Questo garantisce che i generatori rimanenti non vengano sovraccaricati e che le perturbazioni alla micro-rete siano ridotte al minimo.
Se non si riduce immediatamente il carico per adattarlo alla generazione disponibile, si verifica un blackout della micro-rete.
L’applicazione di distacco del carico della piattaforma Ovation seleziona le linee di alimentazione che servono i carichi da disattivare da un elenco di linee disponibili. Le linee vengono selezionate in ordine di criticità, dalla meno alla più critica. La logica verifica inoltre che l’interruttore di distacco del carico sia disponibile (chiuso e con flusso in MW) per lo sgancio automatico e collegato al bus di importazione, non a quello di esportazione.
L’elenco degli interruttori per ogni possibile caso di distacco del carico viene aggiornato continuamente e condiviso con i controllori. Il sistema Ovation disattiva automaticamente e istantaneamente gli interruttori selezionati quando si verifica la perdita di una fonte di alimentazione.
I grafici di Ovation mostrano immediatamente agli operatori della micro-rete l’elenco dei carichi da disattivare in caso di emergenza. In qualsiasi momento, l’operatore può modificare la priorità di un carico o rimuoverlo temporaneamente dal sistema di disattivazione dei carichi per evitare che venga disattivato durante un’emergenza. Ovviamente, bisogna fare attenzione a non rimuovere troppo carico dal sistema, poiché ciò potrebbe causare un blackout generale della micro-rete.
La logica di disconnessione rapida dei carichi di Ovation evita il sovraccarico del generatore e un possibile blackout. I carichi vengono disconnessi quando l’interruttore della fonte di alimentazione viene aperto.
Una micro-rete scollegata dalla macro-rete funziona come un’isola elettrica indipendente, dove la frequenza dell’isola deve essere mantenuta dai propri produttori di energia. Se il carico della micro-rete supera la generazione, la frequenza dell’isola scenderà relativamente lentamente al di sotto del valore nominale di 60 Hz (50 Hz in molte aree del mondo).
Quando la frequenza dell’isola scende al di sotto di una soglia minima, la logica di Ovation disconnette una quantità sufficiente di carichi a bassa priorità per riportare la frequenza al valore nominale. L’abbassamento della frequenza avviene in genere nell’arco di un lungo periodo di tempo e per questo viene comunemente definito “disconnessione lenta dei carichi”.
Il distacco lento dei carichi può essere necessario anche se i trasformatori della linea di collegamento alla rete si avvicinano a una condizione di sovraccarico.
Bilanciamento domanda/offerta (controllo di frequenza/tensione)
Le tecniche di controllo per bilanciare l’offerta di energia con la domanda all’interno della micro-rete variano a seconda dei tipi di impianti di generazione, accumulo e carico presenti all’interno dei confini della micro-rete; a seconda che la micro-rete sia collegata alla macro-rete; e a seconda che il carico della micro-rete utilizzi corrente alternata (CA), corrente continua (CC) o una combinazione delle due.
I sistemi collegati alla macro-rete garantiscono sempre che ci sia energia sufficiente per alimentare i carichi della micro-rete. In questo caso, Ovation controlla la produzione, l’accumulo e l’utilizzo di energia e potenza della micro-rete, utilizzando l’energia e la potenza fornite dalla macro-rete entro i limiti definiti dagli obiettivi della micro-rete. Ciò include l’uso della potenza reattiva nei casi in cui l’operatore della macro-rete possa applicare costi aggiuntivi per il consumo o la produzione di potenza reattiva oltre un certo limite.
Le micro-reti isolate garantiscono un equilibrio tra offerta e domanda regolando i setpoint su generatori, inverter, trasformatori ed elementi di carico controllabili, come i termostati. I carichi isolati vengono disattivati solo quando necessario per mantenere la frequenza, la tensione e il fattore di potenza in tutta la micro-rete ai valori desiderati.
Nel caso specifico delle micro-reti in corrente alternata e ibride con generatori rotanti, il controllo della frequenza viene utilizzato per bilanciare l’erogazione di potenza attiva. La tensione viene controllata utilizzando vari elementi di potenza reattiva, come le regolazioni dell’eccitazione dei generatori, i commutatori sotto carico dei trasformatori (OLTC) e banchi di condensatori.
Per le micro-reti che non dispongono di generatori rotanti (corrente alternata, corrente continua o ibride), le misurazioni di tensione e fattore di potenza (o potenza reattiva) effettuate in tutta la micro-rete vengono mantenute entro gli intervalli desiderati regolando i setpoint su inverter, trasformatori ed elementi di carico controllabili. In questo scenario si ricorre al distacco dei carichi solo come ultima risorsa.
In ogni caso, il controllo delle micro-reti Ovation garantisce il funzionamento più affidabile, economico e rispettoso dell’ambiente possibile.
Sincronizzazione
La sincronizzazione è il processo di misurazione e controllo delle tensioni, delle frequenze e degli angoli di fase dei sistemi su entrambi i lati di un sezionatore. La sincronizzazione assicura che le differenze tra questi parametri rientrino nei limiti specificati prima di chiudere il sezionatore. In caso contrario, si rischia un guasto catastrofico delle apparecchiature in entrambi i sistemi. Si tratta di una funzione fondamentale quando si collega una micro-rete isolata a una macro-rete per lo scambio di energia.
Allo stesso modo, prima di aprire gli interruttori, la corrente e il flusso di potenza che li attraversano devono essere al di sotto dei limiti definiti.
Il controllo della micro-rete Ovation include controlli sia hardware che software per la sincronizzazione, insieme a un’interfaccia di sincronizzazione automatica che sincronizza la micro-rete con la macro-rete.
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