Ze względu na coraz większą decentralizację produkcji energii elektrycznej konieczne jest opracowanie metod inteligentnego zarządzania wahaniami napięcia. Uzyskiwane w czasie rzeczywistym dane dotyczące obciążenia są niezbędne do monitorowania sprawności sieci przesyłowej i wprowadzania niezbędnych zmian w razie np. przeciążenia jednego z elementów sieci lub jeśli jakość świadczonych usług nie jest zgodna z wymaganiami klienta.

Bez szczegółowych danych zlokalizowanie problemu i określenie jego przyczyny nie jest możliwe. Celem finansowanego ze środków UE projektu IDE4L (Ideal grid for all) było opracowanie i przedstawienie innowacyjnych koncepcji zarządzania dystrybucją w sieciach, do których podłączone są odnawialne źródła energii (RES). Dodatkowo w ramach projektu podjęto prace nad poprawą niezawodności tradycyjnych sieci przesyłowych.

Architektura inteligentnej sieci przesyłowej

„Automatyzacja sieci przesyłowych obejmuje cały łańcuch, zaczynając od systemów informacyjnych w centrach sterowania, poprzez układy automatyki podstacji po domowe systemy zarządzania energią” – wyjaśnia profesor Sami Repo z Tampere University of Technology w Finlandii, koordynator naukowy projektu.

„Koncepcja automatyzacji opracowana w ramach projektu IDE4L skupia się na trzech zagadnieniach: po pierwsze na hierarchicznej i zdecentralizowanej kontroli nad systemami automatyki sieci rozdzielczych zgodnie z międzynarodowymi normami, po drugie – na wirtualizacji i agregacji rozproszonych źródeł energii (DER) oraz po trzecie – na wykorzystaniu DER na dużą skalę w aktywnym zarządzaniu pracą sieci dystrybucyjnej” – dodaje profesor.

Energia elektryczna jest kupowana i sprzedawana przez komercyjnych pośredników. Aby pokonać techniczne ograniczenia związane z prowadzoną działalnością, muszą oni współpracować z operatorami systemów dystrybucyjnych (OSD). Z drugiej strony pośrednicy mogą świadczyć operatorom OSD usługi gwarantujące elastyczność, zaś operatorom systemów przesyłowych (OSP) – inne usługi dodatkowe.

Zdecentralizowany system lokalizacji i izolowania zwarć oraz przywracania zasilania (FLISR)

„System FLISR to część infrastruktury systemu automatyzacji sieci dystrybucyjnej opracowanej w ramach projektu IDE4L. Jego podstawowymi elementami są zdecentralizowane inteligentne urządzenia elektroniczne (IED) posiadające funkcje bezpieczeństwa, selektywności logicznej oraz selektywności czasowej zasilania rezerwowego. Urządzenia IED sterują wyłącznikami automatycznymi i przełącznikami” – zauważa prof. Repo.

Do komunikacji poziomej z odbiornikami jednostki IED wykorzystują protokół zgodny z IEC 61850, zaś do wprowadzenia schematów logiki dwustopniowej i selektywności czasowej oraz integracji funkcji sterowania DER użyto komunikatów GOOSE (generic object oriented substation event).

Rozwiązanie FLISR pozwoli zmniejszyć liczbę spowodowanych usterką przerw w zasilaniu i odizolować uszkodzony obszar w ciągu zaledwie kilku sekund. Przerwa z zasilaniu trwa więc o wiele krócej niż w przypadku tradycyjnych schematów selektywności logicznej, w których decyzje są podejmowane w centrum sterowania.

Rzeczywiste środowisko pracy

Przed rozpoczęciem testów podstacji w rzeczywistych warunkach eksploatacyjnych wiele czasu poświęcono na zaprojektowanie, rozwój i przetestowanie poszczególnych elementów architektury. Samo sprawdzenie elementów jako pojedynczych jednostek to zdecydowanie za mało. Na szczęście w laboratoriach partnerskich udało się przeprowadzić testy całych zespołów zanim zostały one użyte w rzeczywistych instalacjach.

Testy przeprowadzono zarówno w symulowanym, jak i prototypowym środowisku zawierającym niezbędne architektury, algorytmy i narzędzia. Po sprawdzeniu poprawności całej architektury IDE4L, technologie opracowane przez partnerskie laboratoria badawczo-rozwojowe zostały użyte w scenariuszach demonstracyjnych naśladujących rzeczywiste przypadki.

„Nasi trzej partnerzy – operatorzy OSD Østkraft z Danii, Unareti z Włoch i Union Fenosa Distribution z Hiszpanii – przeprowadzili trzy prezentacje w terenie” – mówi prof. Repo. „Dane uzyskane podczas monitorowania i sterowania w czasie rzeczywistym dostarczyły nam cennych informacji na temat działania sieci niskiego napięcia oraz możliwości ograniczenia niepożądanych interakcji w obrębie tych sieci”.

„Wyniki projektu IDE4L sugerują też, że można wykorzystać dane z monitorowania do ulepszenia projektów sieci energetycznych i planów dystrybucji poprzez definiowanie bardziej dokładnych klastrów i profili klienta. Będzie mieć to olbrzymie znaczenie w przyszłości, ponieważ wraz ze zwiększającą się liczbą źródeł RES i DER diametralnie zmienią się również zachowania klientów” – podsumowuje.