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Gestión de una microrred electrotérmica: Adquisición de datos, estación de monitorización y control y gestión de base de datos

“Gracias a la modularidad del PXI, se ha conseguido realizar la toma de datos de muy diversas fuentes y mediante distintos protocolos.

Utilizando distintos VIs se ha realizado el tratamiento de datos y se han homogeneizado.”

El Reto:

Medir y controlar los parámetros eléctricos de una microrred para conseguir un perfil de potencia intercambiado con la red controlado, manteniendo a la vez los elementos de almacenamiento en su punto óptimo de funcionamiento.

Acceder además a la base de datos que permite analizar su funcionamiento.

La Solución:

Realizar el control de potencia de los elementos activos de la microrred utilizando datos de entrada de distinta naturaleza, que mediante distintos módulos del PXI se es capaz de adquirir y gestionar.

Además, volcar los datos obtenidos en una base de datos gestionada en LabVIEW para su posterior análisis.

Introducción

El grupo de investigación en Ingeniería Eléctrica, Electrónica de Potencia y Energías Renovables (INGEPER), del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica de la UPNa, dentro de sus líneas de investigación en energías renovables, ha implementado una microrred basada en energías renovables que sirve para el estudio de dichas microrredes y su integración en la Smart Grid y por lo tanto, para el estudio de la integración de energías renovables en la red eléctrica. Dicha investigación ha sido llevada a cabo bajo los proyectos

“Diseño, desarrollo e implantación de microrredes en Navarra” financiado por Fondos FEDER a través del Gobierno de Navarra y el proyecto DPI2010-21671-C02-01 financiado por el Ministerio de Economía y Competitividad. Con este propósito se ha diseñado una microrred que sirve como banco de ensayos para generadores renovables, cargas gestionables, sistemas de almacenamiento, convertidores de potencia y elementos auxiliares como analizadores de red y otros equipos de medida. Para ello es preciso contar con un elemento de adquisición de datos que sea capaz de utilizar distintos protocolos de comunicación y que sea lo más modular posible, de forma que se puedan añadir nuevos elementos conforme se vayan acoplando a la microrred. La plataforma PXI se presenta como la mejor solución ya que además de ofrecer compatibilidad con cualquier tipo de entrada analógica o digital, es capaz de procesar en tiempo real estos datos y de devolver las consignas de potencia a los actuadores de la microrred. Otra ventaja añadida es la de implementar elementos virtuales, que son simulados por el PXI, y son capaces de interactuar con los elementos reales como si estuvieran realmente instalados. Además, el sistema implementado es capaz de volcar los datos en una base de datos en un PC auxiliar, la cual se gestiona también con LabVIEW. Esta base de datos permite analizar los resultados utilizando los datos en bruto, o utilizando programas desarrollados en LabVIEW que procesan los datos para devolver los resultados más relevantes, como por ejemplo los balances energéticos de la microrred en un día dado, el análisis de los generadores renovables o el análisis de la calidad del perfil de potencia intercambiado con la red.

Captura de datos y monitorización

Los datos que recoge el PXI provienen de distintos aparatos de medida y de distintos fabricantes, que además utilizan distintos protocolos de comunicación. Por un lado se obtienen las principales variables eléctricas en los distintos nodos de la microrred (tensiones, corrientes, potencias, frecuencia, etc.) que se miden con vatímetros de distintos fabricantes. Éstos utilizan comunicación Ethernet y RS485 que se recogen mediante los módulos 8433/4 y 8231 respectivamente. Además se obtienen todas las variables eléctricas que envían los convertidores de potencia y que se transmiten vía RS485. Por otro lado, mediante el módulo TB-2621, se recogen medidas analógicas de sensores ambientales como sensores de temperatura Pt100, célula calibrada para la medida de la irradiancia y anemómetros en distintos puntos del campus en el que se encuentra la microrred. Los datos recogidos por el PXI son enviados al PC vía Ethernet, donde son visualizados en tiempo real en la estación de control y monitorización tipo SCADA, lo cual permite visualizar los flujos de potencia en la microrred, además de cualquier otra variable eléctrica mediante menús desplegables (Fig. 1). Asimismo se van graficando en tiempo real los últimos datos de la microrred durante un periodo que puede ir desde 1 hora a 1 semana, pudiendo de esta manera ver la evolución de distintas variables. Mediante el uso de pestañas se pueden navegar por las múltiples gráficas. En la Figura. 2 se muestra una de las pestañas del panel frontal de este VI.

Control

El control de la microrred se ha programado en LabVIEW, volcado en el PXI y es totalmente autónomo. Este control mide ciertas variables (potencias, estado de carga de las baterías, variables ambientales, etc.) y realiza la toma de decisiones con el objetivo de suavizar el perfil de potencia intercambiado con la red mandando las consignas necesarias a las cargas variables, generadores y elementos de acumulación. Este control automático se realiza siempre y cuando así se haya establecido en la estación de control. No obstante, se puede pasar a modo manual y controlar ciertas variables gracias a este segundo programa que se ejecuta en el PC y que se comunica con el PXI (Fig. 3). Así pues, mediante este programa, la microrred se puede conectar y desconectar manualmente de la red eléctrica y establecer de manera manual la potencia intercambiada con la misma. Además se puede elegir que la red externa sea la red eléctrica nacional o una red local generada por un grupo electrógeno. Finalmente, se pueden conectar y desconectar cargas no críticas de manera manual mediante un relé telemandado. Además este panel indica el estado de las comunicaciones y de los relés.

Análisis de datos

Para analizar el funcionamiento de la microrred y estudiar posibles mejoras en las estrategias de gestión energética es necesario guardar todos los datos que se van generando. Así pues, el PXI también se encarga de ir volcando todos los datos de manera continua en el PC mediante conexión Ethernet. Estos datos son almacenados en una base de datos SQL mediante un tercer VI ejecutado en el PC. Esta base de datos acumula cientos de datos por segundo y su manejo manual sería inviable. Para su manejo se han diseñado dos VIs auxiliares que facilitan la gestión de la base de datos. Mediante un primer programa, el usuario es capaz de visualizar de manera sencilla los datos que desee. Mediante un segundo programa se pueden volcar los datos elegidos, en un archivo .txt o .xls en caso de que se quieran exportar a otros programas.

Conclusión

Gracias a la modularidad del PXI, se ha conseguido realizar la toma de datos de muy diversas fuentes y mediante distintos protocolos. Utilizando distintos VIs se ha realizado el tratamiento de datos y se han homogeneizado. Estos datos son utilizados por los programas de gestión de la microrred para su control. Por otro lado toda la información es enviada a un PC que gestiona y almacena los datos en una base de datos SQL para su posterior análisis. Este análisis es posible gracias a los VIs que permiten la visualización y descarga de los datos seleccionados.




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