Verwaltung eines elektrothermischen Mikronetzes: Datenerfassung, Messstation, Steuerung und Datenbankverwaltung

Die Herausforderung:

Messen und steuern Sie die elektrischen Parameter eines Microgrids, um ein kontrolliertes Leistungsprofil zu erreichen, das mit dem Netz ausgetauscht wird, während die Speicherelemente auf ihrem optimalen Betriebspunkt gehalten werden. Greifen Sie auch auf die Datenbank zu, mit der Sie den Betrieb analysieren können.

Die Lösung:

Führen Sie eine Leistungssteuerung der aktiven Elemente des Microgrids unter Verwendung von Eingangsdaten unterschiedlicher Art durch, die durch verschiedene PXI-Module erfasst und verwaltet werden können. Speichern Sie außerdem die erhaltenen Daten zur weiteren Analyse in einer in LabVIEW verwalteten Datenbank.

Einführung

Die Forschungsgruppe Elektrotechnik, Leistungselektronik und Erneuerbare Energien (INGEPER) des Fachbereichs Elektrotechnik und Elektronik der UPNa hat im Rahmen ihrer Forschungsschwerpunkte Erneuerbare Energien ein Microgrid auf Basis Erneuerbarer Energien implementiert, das der Studie dient dieser Microgrids und deren Integration in das Smart Grid und damit für die Untersuchung der Integration erneuerbarer Energien in das Stromnetz. Diese Forschung wurde im Rahmen der Projekte "Design, Entwicklung und Implementierung von Mikronetzen in Navarra" durchgeführt, die aus FEDER-Fonds über die Regierung von Navarra finanziert wurden, und im Rahmen des Projekts DPI2010-21671-C02-01, das vom Ministerium für Wirtschaft und Wettbewerbsfähigkeit finanziert wurde. Dazu wurde ein Microgrid konzipiert, das als Prüfstand für erneuerbare Erzeuger, beherrschbare Lasten, Speichersysteme, Stromrichter und Hilfselemente wie Netzanalysatoren und andere Messgeräte dient.

Dazu ist ein Datenerfassungselement erforderlich, das unterschiedliche Kommunikationsprotokolle verwenden kann und möglichst modular aufgebaut ist, damit neue Elemente bei der Kopplung an das Microgrid hinzugefügt werden können. Die PXI-Plattform wird als beste Lösung präsentiert, da sie nicht nur Kompatibilität mit jeder Art von analogem oder digitalem Eingang bietet, sondern auch in der Lage ist, diese Daten in Echtzeit zu verarbeiten und die Leistungssollwerte an die Microgrid-Aktuatoren zurückzugeben. Ein weiterer zusätzlicher Vorteil ist die Implementierung virtueller Elemente, die vom PXI simuliert werden und mit den realen Elementen so interagieren können, als wären sie tatsächlich installiert. Darüber hinaus ist das implementierte System in der Lage, die Daten in eine Datenbank auf einem Hilfs-PC abzulegen, der ebenfalls mit LabVIEW verwaltet wird. Diese Datenbank ermöglicht die Analyse der Ergebnisse anhand der Rohdaten oder mithilfe von in LabVIEW entwickelten Programmen, die die Daten verarbeiten, um die relevantesten Ergebnisse zurückzugeben, wie z die Qualität des mit dem Netz ausgetauschten Leistungsprofils.

Datenerfassung und Überwachung

Die vom PXI gesammelten Daten stammen von verschiedenen Messgeräten und von verschiedenen Herstellern, die auch unterschiedliche Kommunikationsprotokolle verwenden.

Zum einen werden die wichtigsten elektrischen Größen in den verschiedenen Knoten des Microgrids gewonnen (Spannung, Strom, Leistung, Frequenz etc.), die mit Wattmetern unterschiedlicher Hersteller gemessen werden. Diese verwenden Ethernet- und RS485-Kommunikation, die von den Modulen 8433/4 bzw. 8231 aufgenommen werden. Zusätzlich werden alle von den Stromrichtern gesendeten und über RS485 übertragenen elektrischen Größen gewonnen.

Andererseits werden über das TB-2621-Modul analoge Messungen von Umweltsensoren wie Pt100-Temperatursensoren, einer kalibrierten Zelle zur Messung der Einstrahlung und Anemometer an verschiedenen Stellen auf dem Campus gesammelt, auf dem sich das Microgrid befindet. Die vom PXI gesammelten Daten werden über Ethernet an den PC gesendet, wo sie in Echtzeit in der SCADA-ähnlichen Steuer- und Überwachungsstation angezeigt werden, die es ermöglicht, die Energieflüsse im Microgrid sowie alle anderen elektrischen anzuzeigen Variable über Dropdown-Menüs (Abb. 1). Ebenso werden die neuesten Microgrid-Daten in Echtzeit für einen Zeitraum von 1 Stunde bis 1 Woche grafisch dargestellt, wodurch die Entwicklung verschiedener Variablen verfolgt werden kann. Mithilfe von Registerkarten können Sie durch die verschiedenen Diagramme navigieren. Abb. 2 zeigt eine der Registerkarten auf dem Frontpanel dieses VIs.

Control

Die Steuerung des Microgrids wurde in LabVIEW programmiert, auf das PXI übertragen und ist völlig autonom. Diese Steuerung misst bestimmte Variablen (Leistung, Ladezustand der Batterien, Umgebungsvariablen usw.) und trifft Entscheidungen mit dem Ziel, das mit dem Netz ausgetauschte Leistungsprofil zu glätten, indem sie die erforderlichen Anweisungen an die variablen Lasten, Generatoren und Akkumulatoren sendet . Diese automatische Steuerung wird durchgeführt, solange sie in der Leitstelle eingerichtet ist. Dank dieses zweiten Programms, das auf dem PC läuft und mit dem PXI kommuniziert, ist es jedoch möglich, in den manuellen Modus zu wechseln und bestimmte Variablen zu steuern (BILD 3).

Somit kann durch dieses Programm das Microgrid manuell mit dem Stromnetz verbunden und von diesem getrennt werden und die damit ausgetauschte Leistung manuell eingestellt werden. Außerdem können Sie wählen, ob das externe Netz das nationale Stromnetz oder ein lokales Netz ist, das von einem Stromaggregat erzeugt wird.

Schließlich können unkritische Lasten manuell über ein ferngesteuertes Relais zu- und abgeschaltet werden. Darüber hinaus zeigt dieses Feld den Status von Kommunikation und Relais an.

Die Datenanalyse

Um den Betrieb des Microgrids zu analysieren und mögliche Verbesserungen der Energiemanagementstrategien zu untersuchen, müssen alle generierten Daten gespeichert werden.

Somit ist das PXI auch dafür verantwortlich, alle Daten kontinuierlich über eine Ethernet-Verbindung auf den PC hochzuladen. Diese Daten werden über ein drittes VI, das auf dem PC ausgeführt wird, in einer SQL-Datenbank gespeichert.

Diese Datenbank sammelt Hunderte von Daten pro Sekunde und ihre manuelle Handhabung wäre nicht machbar. Um sie zu verwalten, wurden zwei Hilfs-VIs entwickelt, die die Verwaltung der Datenbank erleichtern. Mittels eines ersten Programms ist der Benutzer in der Lage, die gewünschten Daten einfach zu visualisieren.

Mit einem zweiten Programm können Sie die ausgewählten Daten in eine .txt- oder .xls-Datei kopieren, falls Sie sie in andere Programme exportieren möchten.

Schlussfolgerung:

Dank der Modularität des PXI war es möglich, Daten aus vielen verschiedenen Quellen und über verschiedene Protokolle zu sammeln. Unter Verwendung verschiedener VIs wurde die Datenverarbeitung durchgeführt und sie wurden homogenisiert.

Diese Daten werden von Microgrid-Managementprogrammen zu deren Steuerung verwendet. Andererseits werden alle Informationen an einen PC gesendet, der die Daten verwaltet und in einer SQL-Datenbank zur weiteren Analyse speichert.

Diese Analyse ist dank der VIs möglich, die die Visualisierung und das Herunterladen der ausgewählten Daten ermöglichen.