Calea către o Rețea Electrică Inteligentă

Conexiuni inteligente între kilowați și kiloocteți

Prin intermediul stației prototip proprii, biroul de inginerie Pfeffer face legătura între tehnologiile principale și secundare ale stațiilor de transformare aflate în rețeaua locală într-un mod sigur și conform standardelor în vigoare. Soluțiile Pfeffer satisfac cererile actuale pentru substații inteligente (iONS) ale viitorului. „Creierul” din spatele soluției lor vine de la Minden, din partea Wago.

Dacă Matthias Pfeffer ar fi răspunzător, o parte a sistemului de alimentare cu energie electrică existent ar fi de domeniul trecutului. În special, partea în care energia din rețelele noastre electrice este transformată de la un nivel al tensiunii la altul, în loc să fie gestionată inteligent.

„Rețeaua noastră electrică este foarte puternică”, explică șeful biroului de inginerie Pfeffer, unul dintre furnizorii principali din domeniul planificării și proiectării soluțiilor „la cheie” pentru stații locale de distribuție ale energiei din Hessen. „Din nefericire”, continuă acesta, „rețelele electrice la moment nu sunt echipate pentru un viitor în care proporția energiei provenite din surse regenerabile o să crească în mod considerabil”.

Până în 2025, Germania ar trebui să producă 45% din energia proprie din surse regenerabile – potrivit planurilor guvernului federal – până în 2035, ar trebui să atingă 60%. Totuși, chiar și raportul actual situat la valori în jur de 25% suprasolicită deja rețeaua electrică actuală în mod repetat. Nu fără motive: la momentele vârfurilor de consum, parcurile eoliene și fotovoltaice pompează zeci de MW generați de către miile de producători individuali răspândiți pe întreg teritoriul țării.

„Pentru a putea gestiona fluxurile de energie electrică din surse cu puteri fluctuante și descentralizate, și astfel să fie menținută balanța în alimentarea cu energie electrică, sunt necesare sisteme inteligente care să facă legătura între toate componentele unei rețele electrice: generator, stocare și consumator”, afirmă Pfeffer. El consideră o prioritate extinderea rețelelor inteligente, nu numai în cazul rețelelor de transport de înaltă tensiune, dar și în cazul rețelelor de joasă tensiune. Deoarece, potrivit lui Pfeffer, asta se întâmplă acolo unde micii producători injectează curentul produs de ei în rețea și unde sunt amplasati consumatorii. ”Substațiile locale inteligente vor avea un rol-cheie în timpul transformării energiei electrice”.

Cerințe schimbate în mod radical

Această dezvoltare înseamnă de asemenea o schimbare a modelului pentru biroul de inginerie Pfeffer. În 1975, când Fritz Pfeffer a pus bazele companiei în Rödermark, stațiile de transformare locale trebuiau să fie simple și economice. Clădirea ce adăpostea stația, comutatoarele de medie tensiune, transformatoarele convenționale și panourile de distribuție de joasă tensiune au fost unicele componente clasice ale tehnologiei principale necesare. Acestea au fost cele descoperite de Matthias Pfeffer atunci când a început să lucreze pentru companie înainte de a studia ingineria electrică.

În 1996, după câțiva ani de la obținerea diplomei, fiul a preluat conducerea afacerii. Cu o echipă de aproximativ 15 persoane, Matthias Pfeffer proiectează și implementează proiecte „la cheie” pentru stații de transformare, renovează și extinde substații existente, asigurând și componentele individuale. În acest răstimp, provocările tehnice s-au schimbat în mod radical. „Noi ar trebui deja să legăm tehnologiile principale clasice cu tehnologiile secundare inteligente într-un mod sigur și conform standardelor în vigoare, pentru a fi pregătiți să facem față pieței de profil electric de mâine. Măsurătorile, accesul la distanță, controlul și reglarea – tehnologiile secundare fac posibili toți acești pași pentru furnizori. În plus, ansamblul informațiilor despre starea stației trebuie vizualizate în mod clar”, enumeră Pfeffer noile provocări.

Acum aproximativ trei ani, echipa sa a început dezvoltarea diverselor soluții care să fie capabile să facă exact asta. Unul din rezultatele acestei munci de dezvoltare se află exact în fața sediului companiei recent construit: un prototip al unei substații inteligente. La fel ca și substațiile din cadrul rețelelor locale, stația inteligentă menționată conectează rețeaua de medie tensiune cu cea de joasă tensiune. În contrast cu aspectele sale mai puțin tehnologice, totuși, de asemenea permite gestionarea fluxurilor curente, în mod automat până la un anumit nivel.

„S-ar putea spune că am conectat între ei kilowați și kiloocteți”, afirmă Pfeffer. Însăși clădirea stației a fost construită conform acestui concept de către Betonbau GmbH & Co. KG; tehnologia principală și kilowații (tensiune medie și joasă) vin de la diverși furnizori; panoul de distribuție a fost construit de către Driescher Moosburg din Eisleben.

Tehnologia secundară, kiloocteții, este furnizată de către WAGO, printre altele. „Produsele noastre își pot demonstra avantajele în cadrul acestei aplicații”, afirmă Taras Viol; în calitate de Consultant Tehnic de Vânzări în cadrul WAGO, el a fost implicat în selectarea componentelor corecte necesare construcției unui prototip de stație de transformare inteligentă. „Cum ar fi abilitatea de a procesa cele mai diverse standarde de comunicare, precum și modularitatea lor”.

WAGO A1 E3-16
Inteligența, protecția personalului și a bunurilor: Sisteme de ABSzero® de la Driescher Wegberg, cu controller-e si alte componente de la WAGO

Totuși, acestea nu sunt unicele motive datorită cărora Matthias Pfeffer a decis să colaboreze cu specialiștii în automatizări de la Minden. „WAGO posedă competențe foarte bune în domeniul tehnologiei accesului la distanță, precum și în cele ale măsurărilor și controlului convențional. În plus, compania are o soluție de vizualizare bazată pe interfața web care se bazează la rândul ei pe CODESYS. În cele din urmă, dar nu mai puțin important, WAGO a declarat că sunt gata să dezvolte împreună cu noi o soluție bună și solidă de care are nevoie la moment piața de energie”.

Sigur chiar și în condiții extreme

Componente care fac parte din noua serie 750 XTR au fost încorporate, printre altele, în stația inteligentă menționată mai sus. Se poate conta pe ele chiar și în cele mai extreme condiții. XTR asigură funcționarea la temperaturi situate între -40 °C și +70 °C.

Acest fapt a fost foarte important pentru Pfeffer, după cum explică el, „Noi nu trebuie doar să menținem aplicarea politicilor standard în vederea protejării personalului și prevenirii distrugerii proprietății, dar de asemenea trebuie să menținem aplicarea politicilor în legătură cu comportamentul temperaturii din interiorul stației”.

În timpul sezonului estival, temperaturile din interiorul stației de transformare pot depăși ușor 50 °C. Produsele altor numeroși producători nu pot suporta aceste condiții, după cum Pfeffer a putut să-și dea seama, el având posibilitatea de a testa limitele de rezistență la temperatură ale componentelor înainte de a hotărî să utilizeze XTR de la WAGO. „Partenerul nostru pe termen lung, Betonbau GmbH, un furnizor de top al clădirilor tehnice conforme cu standardele în vigoare, posedă propriul teren de efectuare a testelor de încălzire, care a fost achiziționat cu scopul de a se pregăti pentru schimbările radicale din mediul în care se află rețeaua. Astfel a fost posibilă expunerea iONS (prototip al substației inteligent) la cicluri de încălzire, și de a o optimiza în mod direcționat”. Nucleele inteligente ale stației prototip includ un controller XTR pentru partea de medie tensiune și un controler PFC200 pentru cea de joasă tensiune. Controlerele, care pot fi configurate foarte simplu folosind CODESYS, colectează toate datele pentru diverse sisteme ale stației prin intermediul semnalelor digitale și analogice, spre exemplu folosind Modbus RTU; le transformă în protocoalele de comunicație cerute de către furnizori, spre exemplu, IEC 60870-5-101/-104 sau IEC 61850; iar apoi le transmit către centrul de control printr-o linie de transmisie a datelor.

În direcție opusă, centrul de control poate accesa controlerele din sistemul stației, la fel precum și comutatoarele de medie tensiune, dispozitivele de protecție, sau sistemele de măsurare de la diverși producători. Fluxul de date este protejat contra accesului neautorizat de către controlerul WAGO: în primul rând prin criptarea datelor utilizând TLS 1.2, iar în al doilea rând prin intermediul conexiunilor securizate speciale, cum sunt IPsec sau OpenVPN conform raportului BDEW.

Utilizarea a două controlere în cadrul substației prototip a lui Pfeffer are un raționament logic. „Noi am dorit să prezentăm modularitatea întregului sistem folosind două controlere”, explică Marco Genehr, care este responsabil pentru tehnologie și vânzări la Pfeffer, împreună cu Jürgen Starck. Aceasta din cauza că este previzibil faptul că furnizorii pot echipa un nod de joasă tensiune cu un controler în primă fază, iar mai târziu să adauge comutatoarele de medie tensiune împreună cu tehnologiile secundare. Totuși, potrivit lui Genehr, un controler este de obicei suficient pentru o soluție completă.

WAGO A3 E3-16
Inima părții de tensiune joasă este un controller WAGO PFC200, programabil folosind mediul de dezvoltare CoDeSys

Componentele adiționale ale stației de transformare inteligente din exemplu reprezintă indicatori diverși ale scurtcircuitelor și punerilor la pământ, care sunt legate cu nodurile XTR printr-o interfață serială prin intermediul Modbus. Toate variabilele de măsurare importante – energia consumată, curentul, tensiunea, puterea reactivă și lungimea de fază – sunt detectate în timpul descărcărilor pe partea de joasă tensiune de Modulul de Măsurare a Energiei în trifazat de la WAGO, sau prin folosirea tradițională a transformatoarelor de curent sau a bobinelor Rogowski. Senzorii de temperatură și de altă natură sunt de asemenea incluși, care sunt în legătură cu modulele digitale și analogice de intrare/ieșire ale WAGO-I/O-SYSTEM.

Soluții pentru Construcții Noi sau Renovări

Aproximativ 600.000 de substații locale sunt răspândite pe tot teritoriul Republicii Federale Germane. Nu toate aceste stații trebuie să fie inteligente pentru a suporta extinderea rețelei inteligente. Cele pentru care este imperios să posede aceste capacități, pot fi modernizate în anumite condiții.

Totuși, înainte ca să fie luată o decizie referitor la efectuarea unei renovări sau a unei construcții noi, toate componentele unei stații de transformare, inclusiv camera tehnică, panourile de distribuție de joasă și medie tensiune, precum și transformatoarele înseși, trebuie analizate în detaliu. În ce privește stațiile existente care nu mai sunt considerate a fi corespunzătoare cu standardele în vigoare, un subiect important este siguranța personalului și protejarea proprietății. Pentru spații unde nu trebuie sa apară aglomerarea, Pfeffer recomandă Minex ABSzero de la Driescher Wegberg.

„Caracteristica unică din cadrul acestei soluții o constituie sistemul anti-explozie, care convertește un arc electric din rezervorul cu SF6 sau din regiunea conexiunii izolate prin aer ale comutatoarelor într-un  scurtcircuit electric”, explică Pfeffer.

Chiar și în cazul proiectelor de renovare, este necesară utilizarea componentelor inteligente de la WAGO. Primul dintre acestea ar fi Controlerul rezistent la supratensiuni 750 XTR, care satisface DIN EN 60870-2-1, colectează și transmite mai departe toate datele, și conferă sistemului capacitatea de control prin acces la distanță. Totuși, o stație nu e obligatoriu să fie controlată la distanță: utilizând Panoul de tip Touch PERSPECTO, echipa de mantenanță poate avea acces la toate funcționalitățile sistemului direct din interiorul stației, in acest scop putând fi utilizate chiar tablete sau telefoane inteligente.

Nici o construcție nouă sau o modernizare efectuată asupra unei stații de transformare inteligente nu este proiectată într-o manieră rigidă, „Aspectul cu adevărat inovator din cadrul soluțiilor noastre este faptul că noi lucrăm în mod constant asupra sistemelor și le ajustăm conform dorințelor și cerințelor clientilor noștri, precum și noilor standarde în vigoare”, afirmă Pfeffer. Planul detaliat include schimbarea echipării ale stațiilor prototip în viitor: PFC200 de la WAGO nu va mai fi utilizat pe partea de joasă tensiune, în locul acestuia, o variantă XTR a lui PFC va fi folosită, variantă produsă recent de WAGO. În plus, iONS va fi capabilă să se conecteze la o stație de încărcare rapidă pentru vehiculele electrice. Luând în considerare toate aceste aspecte, stația prototip de la Rödemark nu este doar inteligentă, aceasta pare să prindă viață.

Informații suplimentare:
WAGO Kontakttechnik
GmbH & Co. KG
Reprezentanța România:
Str. N. Caramfil nr. 26, Bl. D1, ap. 7,
Sector 1, București, România
Tel: +40314218568;
Fax: +40314218569;
Mobil: +40753934300

info-ro@wago.com;
www.wago.com

Share