Obtendo resultados reais com a plataforma de teste de microgrelha IIC

O Industrial Internet Consortium (IIC) está obtendo resultados reais de seu programa de teste. O projeto Microgrid Testbed, co-liderado pela RTI, está demonstrando a capacidade de alimentar uma rede com fontes de energia 100% renováveis, enquanto a rede atual não pode ir acima de 40%. Também está mostrando integração com aplicativos de gerenciamento baseados em nuvem que ajudam um utilitário a gerenciar várias microrredes.

O motivo das microrredes

O interesse na geração de energia solar e eólica continua a aumentar hoje para reduzir a poluição, garantir resiliência a desastres e economizar dinheiro. Mas os sistemas existentes de transmissão e distribuição de energia elétrica não foram projetados para gerenciar um grande número de recursos de energia distribuída (DERs) que produzem energia variável, como solar e eólica. Um painel solar pode perder ou recuperar energia em milissegundos com uma nuvem em rápida movimentação, ou o vento pode diminuir repentinamente, então uma fonte alternativa deve estar disponível e pronta para pegar a carga imediatamente. Pode levar até quinze minutos para girar (ou desligar) uma usina de geração centralizada conforme necessário, e ainda mais para usinas térmicas de grande escala. Uma vez que o fornecimento sempre deve corresponder à demanda para operação adequada, a tensão ou frequência na rede pode cair e levar à falha da rede.

Microrredes cobrem uma área contida, geralmente com uma combinação de DERs, sistemas de armazenamento de energia, como baterias, e alguma capacidade de controle local que permite que a microrrede se isole da rede elétrica principal e funcione de forma autônoma. Eles podem, portanto, responder rápida e localmente a uma perda de energia. Isso pode fornecer 15 a 30 minutos adicionais para uma concessionária aumentar um gerador adicional e manter a energia.



Figura 1. Exemplo de microrrede que usa comunicação de dados e inteligência de borda para automatizar a geração de energia local e equilibrar em relação à carga de energia. Microrredes ajudam a integrar fontes de energia intermitentes como solar e eólica.

Além disso, esses recursos renováveis ​​geram energia CC que precisa ser convertida em CA por meio de um inversor. Os algoritmos de controle convencionais presumem que há fortes sinais de tensão e frequência para eles seguirem na linha de alimentação CA principal. A conversão de DC para AC funciona bem quando a maior parte da energia vem de geradores giratórios tradicionais, como uma usina a carvão. Mas quando a maior parte da energia vem de DERs, os algoritmos de controle AC-follow dos inversores falham enquanto eles perseguem os sinais de energia uns dos outros. Como resultado, os DERs causam instabilidade na rede quando constituem mais de 20-40% da geração. Este também é um desafio particular para microrredes isoladas ("ilhadas") - sem algo como um gerador a diesel para gerar o sinal de energia principal na microrrede, não é estável.

100% de energia renovável

As concessionárias estão mudando sua infraestrutura de comunicações proprietária para o transporte Ethernet e o protocolo da Internet (IP) ou redes baseadas em pacotes. Isso nos permite adicionar rede sensível ao tempo (TSN), a mais recente tecnologia de rede Ethernet em tempo real, entre os nós do inversor para fornecer medição sincronizada de submilissegundos de fase, frequência e tensão. Em vez do método tradicional de acompanhamento de sinal CA, usamos a comunicação de rede para compartilhar medições em tempo real dos valores de fase, frequência e tensão. Isso nos permite criar um mestre de sincronização virtual e resolver o problema de sincronização. Com isso, pudemos demonstrar fontes de energia 100% renováveis ​​em uma microrrede estável.

Integração na nuvem e gerenciamento de múltiplas microrredes

Os três principais recursos para nossa arquitetura proposta de microrrede e DERs são o controle inteligente na borda da grade; comunicações ponto a ponto de alto desempenho para autonomia local; e gerenciamento baseado em nuvem que integra dados e análises de terceiros. Usamos uma arquitetura em camadas para integrar o controle de borda, microrrede e seu barramento de dados em tempo real com gerenciamento, análise e visualização baseados em nuvem.


Figura 2:Arquitetura implantada em camadas de comunicação e controle para gerenciamento de microrrede e rede de distribuição.
Com os aplicativos de gerenciamento de backend, coletamos dados sobre as condições de operação da rede, DERs e cargas. Em seguida, o aprimoramos com dados de terceiros, como as condições climáticas, e realizamos análises inteligentes para estimar a geração de energia. Também nos integramos com a autoridade de balanceamento local para estabilidade da rede e integramos com o sistema de back-end da concessionária para garantir total visibilidade e controle da operação da rede. Um painel integrado fornece a visualização de front-end para o operador de distribuição, operador de micro-rede e, em alguns casos, para os próprios usuários finais.


Figura 3. A interface do operador do sistema de distribuição oferece total visibilidade e controle de uma rede de distribuição com DERs, cargas controláveis ​​e várias microrredes.
Agora que demonstramos 100% de energias renováveis ​​e controle de microrredes múltiplas no laboratório, a próxima etapa é trabalhar com um utilitário em campo. Fique ligado para mais atualizações.

Para saber mais, consulte o white paper da IIC, “Microgrelha sincronizada e pronta para negócios”.