Система контроля, защиты и управления фотоэлектрической энергоустановки

Внедрение: 2019 г.

Ранее опубликованная статья Исследование производительности солнечной энергоустановки в условиях Москвы получила продолжение в виде диссертационной работы [1] одного из авторов, где исследовалась эффективность в условиях России фотоэлектрических установок (ФЭУ) индивидуальных потребителей малой мощности (до 15 кВт) с двусторонней связью с электрической сетью – так называемых фотоэлектрических систем (ФЭС) микрогенерации.

Система контроля, защиты и управления СКЗУ ФЭУ состоит из коммутационной аппаратуры, программируемого реле, системы мониторинга ФЭУ, включающей в себя устройства непосредственного измерения текущих параметров оборудования и устройства регистрации данных, и блока питания. Система включает в себя также преобразователь переменного напряжения 220 В, 50 Гц в напряжение постоянного тока 24 В и элементы световой индикации. Коммутационная, управляющая, измерительная и регистрирующая аппаратура конструктивно размещена в шкафу управления, изготовленном на основе шкафа фирмы «Schneider Electric», на монтажной плате. Внутреннее наполнение шкафа представлено на рисунке 1.

Рисунок 1. Монтажная плата с элементами управления и контроля ФЭУ: 1 – контроллер заряда; 2 – реле цепи нагрузки; 3 – реле цепи аккумулятора; 4 – панель настройки измерительных каналов; 5 – блок питания собственных нужд; 6 – клеммные колодки; 7 – промышленный контроллер; 8 – автоматические выключатели; 9 – устройство мониторинга и сбора данных (модуль LTR27 в составе крейта LTR‑U‑1); 10 – предохранитель; 11 – разъем.

Система мониторинга реализована на основе крейтовой измерительной системы LTR‑U‑1 (выпускаемый сегодня аналог LTR‑CEU‑1) с модулем LTR27, позволяющей отслеживать потоки энергии между массивом фотоэлектрических модулей (ФЭМ), накопителем электроэнергии (НЭЭ) и потребителем в режиме реального времени. На вход системы поступают сигналы напряжения фотоэлектрических батарей, аккумуляторных батарей, нагрузки, токи фотоэлектрических батарей, ток аккумуляторных батарей, ток нагрузки. Для измерения силы тока служат измерительные шунты, напряжения – калибровочные делители. Измеряемые параметры записываются в файлы формата .txt для их последующей обработки. Обработка и визуализация измеряемых величин осуществляется с помощью ПО PowerGraph. Приходящая на приемную поверхность ФЭМ суммарная солнечная радиация фиксируется пиранометром QMS101 фирмы Kipp & Zonen, расположенным в плоскости ФЭМ.

Пример картины, отражающей динамику регистрируемых системой мониторинга ФЭУ энергетических характеристик, показан на рисунке 2.

Рисунок 2. Зарегистрированные системой мониторинга энергетические показатели ФЭУ 1 июня 2016 г. (день с высокой интенсивностью потока солнечной энергии) в интерфейсе ПО Powergraph: 1,2 – токи ФЭМ 1 и ФЭМ 2; 3, 4 – напряжения НЭЭ 1 и НЭЭ 2; 5 – ток в цепи нагрузки; 6 – суммарный ток в цепи системы НЭЭ; 7, 8 – напряжения ФЭМ 1 и ФЭМ  2; 9 – напряжение в цепи нагрузки.

Показатели среднесуточной и суммарной месячной производительности, средней за месяц суточной радиации и среднего за месяц КПД за 2015 год представлены на рисунке 3.

Рисунок 3. Энергетические показатели ФЭУ за 2015 г., каждому параметру соответствует своя шкала с соответствующим номером.
* — месяцы с частично восстановленными данными по данным метеостанции МГУ на основании результатов сравнения измерений.

Динамика разбаланса аккумуляторных батарей показана на рисунке 4.

Рисунок 4. Динамика разбаланса аккумуляторных батарей в течение 2014 года (каждому параметру соответствует своя шкала с соответствующим номером).

 
Автором экспериментально подтверждена необходимость балансировки свинцово-кислотных батарейных элементов для поддержания их работоспособного состояния в условиях длительного отсутствия солнечной радиации.

Рисунок 5. Солнечные модули, расположенные на крыше корпуса Гидрологии МГУ.

Источник:
Габдерахманова Т.С. Исследование энергетической и экономической эффективности фотоэлектрических систем микрогенерации в условиях Российской Федерации: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. – Москва. – 2019. – 152 с.

Разработчик: Габдерахманова Т.С. (ФГБУН Объединенный институт высоких температур РАН)