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能源行业-分散化能源领域的安全输出控制

供稿:WAGO—万可电子(天津)有限公司 2018/5/8 13:39:59

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  • 关键词: 能源
  • 摘要:电力供应需求由核电站和火电站轻松满足,并在高峰时期通过天然气站加以补充,这样的局面在德国已不复存在。分布式系统在电网中所占的比例正在不断增加。无论是基于太阳能、风能还是生物能,市场上用于控制可再生能源的系统逐渐成熟,并已开始市场供应。开创性远动解决方案也是如此,并由位于东德的领先能源供应商envia Mitteldeutsche Energie AG(enviaM)与WAGO联合推向市场。

enviaM与WAGO共同开发用于维持网络稳定的远程控制解决方案

电力供应需求由核电站和火电站轻松满足,并在高峰时期通过天然气站加以补充,这样的局面在德国已不复存在。分布式系统在电网中所占的比例正在不断增加。无论是基于太阳能、风能还是生物能,市场上用于控制可再生能源的系统逐渐成熟,并已开始市场供应。开创性远动解决方案也是如此,并由位于东德的领先能源供应商envia Mitteldeutsche Energie AG(enviaM)与WAGO联合推向市场。

电力网络拥有众所周知的缺陷,那就是他们自身无法储存能量。专业的电厂管理应运而生,能够确保发电量与用电设备使用的输出量(包括输送线路中损失的部分)一致。这是因为每一次供电量不足或过剩都会造成供电网络中的频率发生变化。因此,输电网络运营商密切关注这个事实,即能源生产和消耗之间要保持平衡。

通过使用平衡电力(也称为备用电力)可达到这个目的。这会涉及两类能源生产商:一类在供电量不足时暂时加入到供电网络中,另一类在供电量过剩时进行节流。此外,可根据实际需要增加或减少输出储存的用电设备也发挥重要作用。

及时可用性成为

决定性因素

在讨论平衡电力时,会涉及到三种类型的电力输出,他们之间的一个重要区别是他们对输电网络运营商的响应时间。主要平衡电力约占目前发电量的2%,而且输电网络运营商必须能在30秒内从它们获得电力。如果是辅助平衡电力,电厂运营商必须在五分钟之内实现输电。备用电力必须能在15分钟之内替代主要平衡电力,从而使主要平衡电力能在有需要时再次启用。此第三种形式的平衡电力也称作分钟备用电力,因为必须在15分钟之内输出电力。

enviaM还提供平衡电力来为辅助平衡电力和分钟备用电力提供保障。enviaM是德国东部一家领先地区性能源服务供应商,总部位于开姆尼茨,它能够从50 Hz输电网络运营商调控区域内的约150个分散的发电系统获取输电,这对其电力输出十分有益。这些发电系统包括热电联产厂、天然气发电厂、沼气系统等等。

为了保证辅助平衡电力和分钟备用电力能发挥最佳作用,enviaM和WAGO开发出能够统一控制不同制造商制造的各种类型系统的技术解决方案,从而能可靠地满足各种要求。

以通过沼气运行的热电联产厂为例,其运营商(在enviaM这个案例中,这些运营商主要是农业合作社)有机会将他们全部或部分发电量提供给enviaM,成为辅助平衡电力或分钟备用电力的一部分。

一般情况下,使用沼气的热电联产厂的发电量为大约500千瓦(kW)。如果enviaM在辅助平衡电力或分钟备用电力的形式上所需要的电力,在该沼气发电热电联产厂总发电量中所占比例为40%,运营商就能保证在5分钟或15分钟内分别调用200 kW。

如果输电干线频率降低,则该热电联产厂就能向电网中送入电力。而如果输电干线频率升高,系统就会减速,并将沼气发电暂时储存起来。

定向开关

enviaM通过使用紧凑型交钥匙控制柜为调节输出所必需的远程控制提供保障。该控制柜主要包含WAGO-I/O-SYSTEM 750、一个WAGO电源和一个INSYS MoRoS VPN路由器。

为了能够控制现场的可再生能源发电设备的输出,enviaM与WAGO联合开发了紧凑型解决方案。

重点在于如何选择供应商:长期的合作关系对于来自enviaM的(左 起)SvenPapst、Gunar Deitert和KristianLeibrich来说都十分重要。

这个装置的任务就是查询热电联产厂当前电量的输出情况,从而获得按计划可供输出电力的规模。“需要多少电量时可以开启,输入多少电量后能关闭,这才是关键所在,”enviaM能源服务部的Kristian Leibrich开门见山地说。实际上,整个过程都是通过模拟信号来执行的,模拟信号对应的是发电系统的目标输出,这在事先已与运营商约定。通过这种方法,位于马尔克莱贝尔格的enviaM控制中心能够在需要平衡电力时将热电联产厂加入到供电行列中。该装置通过WAGO-I/O-SYSTEM附加的输入端收集故障和准备就绪信息。?“通过这种方式,我就能了解我们所控制的系统中是不是至少有一个能够调用的,”Leibrich解释称。

创建操作简便的界面

虽然在频率为50Hz的范围内有150多个耦合的分布式系统,但却可通过惟一一个控制系统控制全部系统。这种关系很快证明了现场的系统控制器和位于enviaM控制中心的中央系统之间的界面所面临的是一项艰巨的任务。

可以假设enviaM要求系统运营商保持特定的标准,这样可以判断供应商是否能够连接到平衡电力系统。但是,enviaM采取的商业政策是,作为能源服务供应商,他们要调整自己来适应客户所采用的异构系统,而不是反过来让客户来适应他们。“我们谈论的可是客户满意度,”能源服务专家Gunar Deitert谈到了重点。

借助WAGO-I/O-SYSTEM 750,这家位于开姆尼茨的服务供应商使用的解决方案可以轻松地收集、处理和打包任何数量的信号或通信协议,并依照IEC-60870-5-104将它们发送到路由器。再由路由器将其安全地传送到WAGO的数据集中器中。数据集中器WAGO PLC集中管理WAGO分站,即客户系统中的控制器。它们是控制系统的连接组件,并且是使用IEC-60870-5-101协议的冗余式连接。这可以提高IT安全性并能够大幅度降低故障风险。

借助于WAGO,我们找到了一个非常好的解决方案,它能够自由编程,为我们提供了多种可能。

“与WAGO一起,我们找到了一个非常好的解决方案,借此能够自由编程和组合不同I/O模块,为我们提供了多种可能”,Deitert解释说,他还赞扬了他们的协作水平, 我们需要能够在关键时刻帮助我们的合作伙伴。如果一个解决方案在投入使用前需要耗费我们几个月的时间,那么这个解决方案对我们毫无帮助。”他的团队组成非常精简,因此选择供应商十分重要,他们希望“联系人能够在出现问题时提供实实在在的帮助,而不仅仅是提供精美的小册子。服务提供商不必立即答复,但他们必须给予关注,我们必须要感受到供应商确实对我们的问题很上心,并且能够提供适当的反馈。如果我们发现符合条件的供应商,则将很乐意与这些业务伙伴长期合作。

结论

enviaM的解决方案实际展示了,能源转型的复杂问题可以借助控制与通信层面的标准化工业技术加以解决。可再生能源发电系统具有一定的特殊性,而使用开放接口连接各种I/O模块可为适应这种特殊性打下基础,而且不会带来巨额的工程费用。

审核编辑(何为)
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