Obtención de resultados reales con el banco de pruebas de microrred de la IIC

El Industrial Internet Consortium (IIC) está obteniendo resultados reales de su programa de banco de pruebas. El proyecto Microgrid Testbed, codirigido por RTI, está demostrando la capacidad de alimentar una red con fuentes de energía 100% renovables, mientras que la red actual no puede superar el 40%. También muestra la integración con aplicaciones de administración basadas en la nube que ayudan a una empresa a administrar múltiples microrredes.

La razón de las microrredes

El interés en la generación de energía solar y eólica sigue aumentando hoy en día para reducir la contaminación, garantizar la resistencia a los desastres y ahorrar dinero. Pero los sistemas de transmisión y distribución de energía eléctrica existentes no fueron diseñados para administrar una gran cantidad de recursos energéticos distribuidos (DER) que producen energía variable como la solar y la eólica. Un panel solar puede perder o recuperar energía en milisegundos con una nube que se mueve rápidamente, o el viento puede caer repentinamente, por lo que una fuente alternativa debe estar disponible y lista para recoger la carga de inmediato. Puede llevar hasta quince minutos poner en marcha (o apagar) una planta de generación centralizada según sea necesario, e incluso más en el caso de plantas térmicas a gran escala. Dado que el suministro siempre tiene que coincidir con la demanda para un funcionamiento adecuado, el voltaje o la frecuencia en la red pueden caer y provocar una falla en la red.

Las microrredes cubren un área contenida, generalmente con una combinación de DER, sistemas de almacenamiento de energía, como baterías, y alguna capacidad de control local que permite que la microrred se aísle de la red eléctrica principal y funcione de forma autónoma. Por lo tanto, pueden responder rápida y localmente a una pérdida de energía. Esto puede proporcionar de 15 a 30 minutos adicionales para que una empresa de servicios públicos active un generador adicional y mantenga la energía.

Figura 1. Ejemplo de microrred que utiliza comunicación de datos e inteligencia de borde para automatizar la generación de energía local y el equilibrio contra la carga de energía. Las microrredes ayudan a integrar fuentes de energía intermitentes como la solar y la eólica.

Además, estos recursos renovables generan energía de CC que debe convertirse a CA a través de un inversor. Los algoritmos de control convencionales asumen que hay fuertes señales de voltaje y frecuencia que deben seguir en la línea principal de energía de CA. La conversión de CC a CA funciona bien cuando la mayor parte de la energía proviene de generadores tradicionales giratorios como una planta de carbón. Pero cuando la mayor parte de la energía proviene de los DER, los algoritmos de control de seguimiento de CA de los inversores fallan ya que persiguen las señales de energía entre sí. Como resultado, los DER causan inestabilidad de la red cuando constituyen más del 20-40% de la generación. Este también es un desafío particular para las microrredes aisladas ("en isla"):sin algo como un generador diesel para generar la señal de energía principal en la microrred, no es estable.

Energía 100% renovable

Las empresas de servicios públicos están trasladando su infraestructura de comunicaciones patentada hacia el transporte Ethernet y el Protocolo de Internet (IP) o redes basadas en paquetes. Esto nos permite agregar redes sensibles al tiempo (TSN), la última tecnología de redes Ethernet en tiempo real, entre los nodos inversores para proporcionar una medición sincronizada de submilisegundos de fase, frecuencia y voltaje. En lugar del método tradicional de seguimiento de señales de CA, utilizamos la comunicación de red para compartir mediciones en tiempo real de los valores de fase, frecuencia y voltaje. Esto nos permite crear un maestro de sincronización virtual y abordar el problema de la sincronización. Con esto pudimos demostrar fuentes de energía 100% renovables en una microrred estable.

Integración en la nube y administración de múltiples microrredes

Las tres capacidades clave para nuestra arquitectura de microgrid y DERs propuesta son el control inteligente en el borde de la red; comunicaciones de igual a igual de alto rendimiento para la autonomía local; y gestión basada en la nube que integra datos y análisis de terceros. Usamos una arquitectura por niveles para integrar el control de microgrid, el borde y su bus de datos en tiempo real con la gestión, el análisis y la visualización basados ​​en la nube.

Figura 2:Arquitectura por niveles de control y comunicación implementada para la gestión de redes de distribución y microrredes.

Con las aplicaciones de administración de backend, recopilamos datos sobre las condiciones operativas de la red, DER y cargas. Luego, lo mejoramos con datos de terceros, como las condiciones climáticas, y realizamos análisis inteligentes para estimar la generación de energía. También nos integramos con la autoridad de equilibrio local para la estabilidad de la red y nos integramos con el sistema de servicios públicos para garantizar la visibilidad y el control completos de la operación de la red. Un tablero integrado proporciona la visualización del front-end para el operador de distribución, el operador de la micro-red y, en algunos casos, los propios usuarios finales.

Figura 3. La interfaz del operador del sistema de distribución proporciona total visibilidad y control de una red de distribución con DER, cargas controlables y múltiples microrredes.

Ahora que hemos demostrado el 100% de las energías renovables y el control de múltiples microrredes en el laboratorio, el siguiente paso es trabajar con una empresa de servicios públicos en el campo. Estuve atento a más actualizaciones.

Para obtener más información, consulte el documento técnico de la CII, "Microrred sincronizada y lista para el negocio".