O sistema de controle de microrrede Ovation opera como uma arquitetura de controle unificada que monitora continuamente as condições do sistema e coordena as ações de controle em recursos de energia distribuída, cargas e infraestrutura elétrica. Com base na plataforma de controle integrada da Ovation, a operação da microrrede é organizada em torno de três elementos fortemente conectados: funções de controle padrão que fornecem visibilidade e estabilidade do sistema de gestão de energia incorporado que avalia os objetivos e restrições operacionais e controle elétrico integrado que gerencia a vazão de energia e as transições do sistema. Juntos, esses elementos permitem que o sistema de controle de microrrede Ovation responda dinamicamente às mudanças nas condições, mantendo uma operação confiável da microrrede.
Funções de controle integrado padrão
Aquisição de dados
Os módulos de E/S da Ovation adquirem dados a cada segundo ou 100 milissegundos para dar suporte a aplicações de controle ou requisitos de captura de informações. Os módulos dedicados de sequência dos acontecimentos do Ovation oferecem resolução de tag de tempo de evento de 1/8 milissegundo. O sistema de controle também obtém informações, normalmente em intervalos de 1 a 5 segundos, usando protocolos de link de dados de comunicação, como IEC 61850, Modbus, IEC 60870-5-104, OPC e DNP3.
Os dados coletados podem ser transmitidos pela rede Ovation para uso em estações de trabalho do operador, painéis de controle e historiadores de processos.
Gráficos de processo
Cada sistema Ovation é fornecido com gráficos específicos do projeto, como diagramas unifilares, que exibem o estado da microrrede em tempo real. Os parâmetros de controle inseridos no gráfico gerenciam automaticamente os processos de microrrede. Valores analógicos críticos, como tensões de barramento, frequência, vazão de energia, temperaturas, estados do inversor, posições da chave e do disjuntor, também são exibidos.
Gestão de alarmes
O sistema de controle Ovation inclui um sistema integrado de gestão inteligente de alarmes que prioriza alarmes de microrrede para isolar e resolver rapidamente os problemas.
O sistema de gestão de alarmes Ovation concentra o operador em situações importantes de microrrede que desviam da operação normal. Condições anormais, como pontos fora da faixa (alta ou baixa tensão ou frequência do barramento elétrico), mudanças de estado digital (abertura do disjuntor da rede ou operação de chave de transferência automática) e tempos limite de queda são alarmados nas estações de trabalho do operador Ovation. Os alarmes exibidos nas estações de trabalho do operador também são enviados para uma impressora de alarmes e para o Historiador de Processo Ovation, que cria um registro cronológico de todos os alarmes do processo e ações subsequentes do operador.
Arquivamento de dados
O Historiador de processos Ovation armazena e recupera em massa os dados do processo, alarmes, registros de sequência dos acontecimentos e entradas do operador para o sistema Ovation. Os dados continuamente adquiridos pelo sistema Ovation são arquivados no historiador para que sejam recuperados e analisados. A retenção de dados do historiador de processos é limitada apenas pelo espaço em disco, que pode ser aumentado por unidades de fita ou uma unidade de DVD.
Geração de relatórios
O Historiador de processos Ovation inclui um sistema de relatórios que apresenta dados históricos relevantes em vários formatos. Modelos predefinidos podem ser usados para tarefas comuns de relatórios. Recursos de relatório personalizados estão disponíveis para análises de dados mais complexas. Os relatórios podem ser gerados automaticamente por hora, turno, diariamente, mensalmente ou anualmente.
Gestão de energia para controle coordenado de microrrede
Proteção contra altas cargas de demanda de macrorrede
Uma microrrede pode ter uma conexão de "ponto de acoplamento comum" com a concessionária de distribuição (ou macrorrede) e uma estrutura/contrato tarifário que estipula a quantidade máxima de energia (MW h) que pode ser consumida em um determinado período de demanda. Se este limite for excedido, o gerente da microrrede pode gerar cobranças mais altas de demanda permanentemente.
Como a demanda de consumo é medida em energia (MW h) e não em potência (MW), o sistema Ovation prevê o consumo de energia no final do período de tempo. Os erros previstos são estimados medindo a taxa atual de consumo de potência e extrapolando para o final do período de demanda. Se o valor previsto exceder o limite máximo de demanda, o sistema Ovation automaticamente corta a carga ou aumenta a geração a partir de recursos de geração ou armazenamento de energia para limitar a energia consumida da macrorrede. Ele também gera um alarme para alertar o operador a tomar medidas corretivas.
Gestão da vazão energética e da regulação de tensão no ponto de acoplamento comum
Os operadores de macrorredes veem as microrredes como recursos de energia distribuída cujo consumo de energia ou taxa de alimentação e seu efeito na tensão do sistema devem ser rigidamente controlados. Embora os operadores de microrrede possam vender e fornecer energia por meio da macrorrede, eles também podem fornecer suporte crítico de tensão não apenas para a própria microrrede, mas também para a macrorrede.
O sistema Ovation gerencia a vazão energética e a regulação de tensão no "ponto de acoplamento comum" em pontos de ajuste predeterminados, que são consistentemente alcançados por meio de respostas de alta velocidade a mudanças de demanda ou disponibilidade de equipamentos. As metas de controle de microrrede muitas vezes envolvem maximizar a geração por recursos de energia renovável e minimizar os custos de compra de eletricidade. Quando uma microrrede gera mais energia do que a demanda de sua carga interna, o sistema Ovation controla a vazão energética para recursos de armazenamento de energia, a macrorrede ou ambos, conforme determinado pelo operador.
Em situações em que uma microrrede não pode gerar energia suficiente para satisfazer suas cargas internas, o sistema Ovation pode desconectar (ou eliminar) cargas não essenciais para minimizar a necessidade de extrair energia da macrorrede, se for economicamente vantajoso. Da mesma forma, o sistema Ovation eliminará cargas da microrrede se um evento climático ou outro evento de emergência interromper a operação da macrorrede, de modo que a microrrede não consiga extrair a energia necessária. Ele fará isso em ordem, da menos para a mais essencial, preservando sua capacidade de operar de forma autônoma e autoabastecer as cargas mais essenciais pelo maior tempo possível.
Otimização da produção, armazenamento e compra de energia
As microrredes são compostas de qualquer número de recursos de fornecimento de energia, armazenamento de energia e carga ajustável (consumo de energia). Eles também têm a capacidade de comprar ou vender energia de ou para fornecedores e clientes conectados à macrorrede. Os recursos de energia distribuída podem usar vários combustíveis, cada um com diferentes custos e impactos ambientais.
Os objetivos de desempenho da microrrede geralmente se concentram em minimizar o custo de energia, minimizar o impacto ambiental total ou uma combinação dos dois. Os aplicativos avançados de energia Ovation integrados da Emerson usam tecnologia de otimização de última geração para ajudar os operadores de microrrede a atingir seus objetivos de desempenho. Os aplicativos determinam os melhores pontos de ajuste de controle para otimizar a gestão de recursos de energia distribuída.
Cálculos de desempenho
O Global Performance Advisor da Emerson está disponível para calcular o rendimento de quaisquer turbogeradores a gás e/ou a vapor na microrrede. O Advisor permite que os operadores identifiquem perdas controláveis, acompanhem o desempenho do equipamento em relação às especificações de projeto e identifiquem rapidamente áreas de processo problemáticas para reduzir os custos operacionais. Esta solução fornece um conjunto completo de cálculos de desempenho de caldeiras e turbinas (com base nos códigos de teste de desempenho ASME) para corresponder ao conjunto específico de equipamentos da planta.
Controle elétrico para operação segura de microrrede
Controle de disjuntor e interface com IEDs
A lógica de controle do disjuntor integrada do sistema Ovation permite que um operador emita comandos ABRIR e FECHAR a partir de diagramas unifilares exibidos nas estações de trabalho do operador. Antes de uma operação, a lógica verifica se o disjuntor está no estado adequado para realizar tal operação. Se um comando for emitido e o indicador de status não refletir o novo estado (ou seja, o disjuntor não indicar que a operação foi bem-sucedida) dentro de um determinado período de tempo, um alarme é gerado.
O sistema Ovation monitora continuamente a qualidade da energia da macrorrede. Quando um problema de macrorrede é detectado, o Ovation pode abrir o disjuntor no ponto de acoplamento comum em 50 microssegundos. Essa ação isola imediatamente a microrrede, protegendo e preservando sua capacidade de continuar servindo a carga nativa.
O Ovation se comunica com dispositivos eletrônicos inteligentes (IEDs) usando vários protocolos, incluindo:
- Modbus sobre link serial RS485
- Modbus sobre TCP/IP
- DNP
- PROFIBUS
- IEC 61850
- IEC 60870-5-104
Limitação de carga
A limitação de carga é uma função crítica de controle da microrrede. As aplicações de análise de contingência de microrredes e limitação de carga da Ovation respondem automaticamente a interferências elétricas, como perda de rede ou perda de um produtor de energia, para restaurar condições estáveis.
Se uma fonte de alimentação, como uma rede, gerador ou disjuntor de interconexão em um barramento de geração for perdida (uma contingência), a carga correspondente na quantidade originalmente fornecida por essa fonte de alimentação deve ser imediatamente eliminada. Isso garante que os produtores de energia restantes não sejam sobrecarregados e que a interrupção na microrrede seja minimizada.
A falha em reduzir imediatamente a carga para corresponder à geração disponível resulta em um apagão da microrrede.
O aplicativo de limitação de carga da plataforma Ovation seleciona os alimentadores que atendem às cargas a serem descartadas de uma lista de alimentadores disponíveis. Os alimentadores são selecionados em ordem do menos para o mais crítico. A lógica também verifica se o disjuntor de limitação de carga está disponível (fechado e com vazão MW) para disparo automático e conectado ao barramento de importação, não ao barramento de exportação.
A lista de disjuntores para cada possível caso de limitação de carga é continuamente atualizada e compartilhada com os controladores. O sistema Ovation limita automática e instantaneamente os disjuntores selecionados quando uma fonte de alimentação é perdida.
Os gráficos do Ovation mostram prontamente aos operadores de microrrede a lista de cargas a serem eliminadas em uma contingência. A qualquer momento, o operador pode ajustar a prioridade de uma carga ou removê-la temporariamente do sistema de limitação de carga para evitar que ela seja reduzida durante uma contingência. Naturalmente, deve-se tomar cuidado para não remover muita carga do sistema de corte de carga, pois isso pode causar um apagão geral da microrrede.
A lógica de limitação de carga rápida do Ovation evita sobrecarga do gerador e um possível apagão. As cargas são reduzidas quando o disjuntor da fonte de alimentação é aberto.
Uma microrrede desconectada da macrorrede opera como uma ilha elétrica independente, onde a frequência da ilha deve ser mantida pelos próprios produtores de energia da ilha. Se a carga da microrrede exceder a geração, a frequência da ilha cairá relativamente lentamente abaixo do valor nominal de 60 Hz (50 Hz em muitas áreas do mundo).
Quando a frequência da ilha fica abaixo de um valor limite mínimo, a lógica do Ovation elimina cargas de baixa prioridade suficientes para trazer a frequência de volta ao valor nominal. A redução da frequência normalmente acontece por um longo período de tempo e, portanto, isso é comumente referido como "limitação lenta de carga".
A limitação lenta de carga também pode ser necessário se os transformadores de linha de ligação da rede se aproximarem de uma condição de sobrecarga.
Equilíbrio de oferta e demanda (controle de frequência/tensão)
As técnicas de controle para equilibrar a fonte de alimentação com a demanda dentro da microrrede variam dependendo dos tipos de equipamentos de geração, armazenamento e carga de energia dentro dos limites da microrrede; se a microrrede está conectada à macrorrede; e se a carga da microrrede usa corrente alternada (CA), corrente contínua (CC) ou um híbrido das duas.
Os sistemas conectados à macrorrede sempre garantem que haja energia suficiente disponível para fornecer as cargas da microrrede. Nesse caso, o Ovation controla a produção, o armazenamento e o uso de energia e potência da microrrede, usando energia e potência fornecidas pela macrorrede dentro dos limites definidos pelos objetivos da microrrede. Isso inclui o uso de potência reativa nos casos em que pode haver cobranças do operador da macrorrede pelo consumo ou produção de potência reativa além de algum limite.
As microrredes ilhadas garantem um fornecimento equilibrado com a demanda ajustando os pontos de ajuste em geradores, inversores, transformadores e elementos de carga controláveis, como termostatos. As cargas ilhadas são eliminadas apenas quando necessário para manter a frequência, tensão e fator de potência em toda a microrrede nos valores desejados.
No caso especial de microrredes de energia CA e híbridas com geradores rotativos, o controle de frequência é usado para equilibrar a fonte de alimentação real. A tensão é controlada usando vários elementos de potência reativa, como ajustes de excitação do gerador, comutadores de tomadas em carga do transformador (OLTCs) e bancos de capacitores.
Para microrredes que não possuem geradores rotativos (CA, CC ou híbrido), as medições de tensão e fator de potência (ou potência reativa) realizadas em toda a microrrede são mantidas dentro das faixas desejadas ajustando os pontos de ajuste em inversores, transformadores e elementos de carga controláveis. A limitação de carga também é usada nesse cenário como último recurso.
De qualquer forma, o controle de microrrede Ovation garante a operação mais confiável, econômica e ambientalmente responsável possível.
Sincronização
Sincronização é o processo de medir e controlar as tensões, frequências e ângulos de fase dos sistemas em ambos os lados de um disjuntor. A sincronização garante que as diferenças entre esses parâmetros estejam dentro dos limites especificados antes do fechamento do disjuntor. Se isso não for feito, há risco de falha catastrófica dos equipamentos de ambos os sistemas. Essa é uma função crítica ao conectar uma microrrede ilhada a uma macrorrede para trocar energia.
Da mesma forma, antes de abrir os disjuntores, a vazão de corrente e potência através dos disjuntores deve estar abaixo dos limites definidos.
O controle de microrrede Ovation inclui verificações de hardware e software para sincronização, juntamente com uma interface de sincronizador automático que sincroniza a microrrede com a macrorrede.
Artigos e recursos relacionados
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