Laboratorium Generacji Rozproszonej

Mikroturbina gazowa Capstone C30

Mikroturbina gazowa Capstone C30 amerykańskiej firmy Capstone Turbine Corporation o mocy elektrycznej 30 kW i cieplnej 60 kW pracuje w kogeneracji (połączone wytwarzanie energii eklektycznej i ciepła). Mikroturbina dostosowana jest do pracy ciągłej lub na żądanie w trybie pracy równoległej z siecią (Grid Connected Mode) lub do pracy w trybie sieci wydzielonej (Stand Alone Mode). Turbina może pracować z zadaną mocą w zakresie od 0 do 30 kW, przy czym zmiany mocy są realizowane zdalnie za pomocą  fabrycznej aplikacji Capstone Remote Monitoring System, ewentualnie przez panel sterowniczy znajdujący się na turbinie. W zależności od potrzeb można zaprogramować dobowy i tygodniowy harmonogram pracy lub sterować mocą na bieżąco według harmonogramu wyznaczonego przez zewnętrzny układ sterowania.

Eksploatację mikroturbiny sponsoruje Mazowiecka Spółka Gazownictwa Spółka z o.o. w Warszawie.

Elektrownia wiatrowa Fortis Wind Energy 11,6 kW

Elektrownia wiatrowa w Instytucie Elektroenergetyki PŁ składa się z dwóch niezależnych turbin wiatrowych Fortis Wind Energy napędzających 3-fazowe generatory asynchroniczne z magnesami trwałymi. Moc znamionowa pojedynczego generatora wynosi 5,8 kW. Przyłączenie generatorów do sieci elektroenergetycznej budynku odbywa się za pomocą trzech jednofazowych inwertorów Windy Boy WB 1700 produkcji SMA.

Stacjonarne i nadążne systemy fotowoltaiczne

W Instytucie Elektroenergetyki PŁ zainstalowane są dwa układy fotowoltaiczne, tj.: stacjonarny i nadążny:

• stacjonarny system fotowoltaiczny jest zlokalizowany na południowej ściany budynku A11. Składa się z 37 paneli o łącznej mocy 6 kWp, po 2 kWp na fazę.
• system nadążny znajduje się na dachu budynku A11 i składa się z 3 paneli po 15 modułów.

Każdy z paneli został zainstalowany na maszcie wyposażonym w system hydrauliczny umożliwiający obrót panelu w płaszczyźnie pionowej i poziomej. Dzięki temu panele pozycjonowane są w stronę słońca zapewniając optymalny kąt padania promieni słonecznych i efektywniejsze wykorzystanie systemu. Moduły zostały połączone w układ trójfazowy o łącznej mocy 9 kWp, po 3 kWp na fazę.
Oba systemy fotowoltaiczne przyłączone są do sieci elektroenergetycznej za pośrednictwem przetworników mocy (inwertorów) Sunny Boy firmy SMA, pracujących jako źródła prądowe. Inwertory są urządzeniami w pełni zautomatyzowanymi
 

 System PULSTAR z ogniwami wodorowymi Ballard

Ogniwo paliwowe w Laboratorium Generacji Rozproszonej Instytutu Elektroenergetyki PŁ jest zbudowane na bazie dwóch ogniw paliwowych typu NexaGen firmy Ballard z membraną wymiany protonów (PEM). Urządzenia wchodzące w skład systemu objęte są układem sterowania PULSTAR.
Moc znamionowa przy pracy na sieć elektroenergetyczną to 2 kW.

Cyfrowy Symulator Czasu Rzeczywistego RTDS

„Real Time Power System Simulator” firmy RTDS Technologies to cyfrowy symulator czasu rzeczywistego przeznaczony do:

• symulacji pracy układów sieci elektroenergetycznej w czasie rzeczywistym ,
• modelowania układów energoelektronicznych (m.in. HVDC, SVC, TCSC),
• budowy w pełni konfigurowalnej podsieci zawierającej elementy VSC, transformatory, linie przesyłowe, kable, wyłączniki, filtry, itp.
• symulacji stanów przejściowych w systemach elektroenergetycznych,
• symulacji i testów, typu Hardware-In-the-Loop (HIL), zabezpieczeń i układów automatyki w czasie rzeczywistym,
• modelowania rozbudowanych obwodów i układów automatyki oraz układów energoelektronicznych wykorzystywanych w systemach PV, STATCOM, HVDC, itp.
• przeprowadzanie badań przekaźników ochronnych takich producentów jak ABB, Alstom Grid, GE, Nari, Relay, Siemens, SEL, Toshiba czy Zi.
• zapewnienie dostępności komponentów I/O do badań tradycyjnych przekaźników oraz układów wykorzystujących protokoły IEC 61850 GOOSE,  GSE oraz IEC 61850-9-2.

Symulator RTDS zainstalowany w Laboratorium Generacji Rozproszonej Instytutu Elektroenergetyki współpracuje z wielofunkcyjnym generatorem NetWave firmy Emtest. Osiągnięto w ten sposób unikalną funkcjonalność polegającą m.in. na możliwości sprzężenia symulowanego układu lub elementów systemu elektroenergetycznego z rzeczywistymi urządzeniami tj.: aparatura zabezpieczeniowa, zasobniki energii, źródła odnawialne, itp.
Warto podkreślić, że Real Time Power System Simulator firmy RTDS Technologies jest jedynym tego typu urządzeniem w Polsce.
 

System nadzorujący SCADA Prins

W Instytucie Elektroenergetyki zaimplementowany został system SCADA PRINS firmy BTC, służący do monitorowania i sterowania lokalną siecią elektroenergetyczną. Sterowanie może realizować zarówno z poziomu stanowisk dialogowych, znajdujących się na terenie Instytutu, jak i z dowolnego miejsca na świecie. System składa się ze sterowników telemechaniki komunikujących się za pośrednictwem protokołów MODBUS oraz Ethernet, stacji pogodowej, serwerów online, oraz dwóch stanowisk dialogowych.

Sterowniki pozwalają monitorować stan pracy wszystkich urządzeń zgromadzonych w Laboratorium Generacji Rozproszonej oraz obserwować i zmieniać stan łączników w rozdzielnicach.
 

Inwertory

Inwertory umożliwiające odwzorowanie w sieci pracy urządzeń energoelektronicznych a mianowicie inwertor PWM o sterowaniu histerezowym o mocy 10kVA sterowany odpowiednio trzema niezależnymi sygnałami prądów referencyjnych umożliwia odwzorowanie pracy:

• odbioru albo generatora niesymetrycznego, nieliniowego, niespokojnego o zadanych parametrach albo
• filtru aktywnego albo
• zasobnika energii.

Inwertor PWM o mocy 10 kVA pracujący jako filtr aktywny sterowany prądem kompensowanej grupy odbiorów.

Odbiory

Odbiory umożliwiające odwzorowanie pracy w sieci typowych  urządzeń a mianowicie:

• grupa 4 silników indukcyjnych o mocy łącznej 3.5 kW obciążonych prądnicami prądu stałego  o mocy elektrycznej sterowanej za pomocą wzbudzenia,
• trzy impedancje o nastawialnym współczynniku mocy i o mocy pozornej zmienianej za pomocą zasilających te impedancje 3 autotransformatorów o mocy 10 kVA każdy i o przekładniach płynnie regulowanych za pomocą siłowników,
• prostownik trójfazowy dwupołówkowy o mocy sterowanej w zakresie 0-30kW za pomocą ww autotransformatorów.
   

Model Sieci

Model sieci umożliwia, poprzez tablicę połączeń,  budowę sieci kilku węzłowej z dwoma transformatorami o mocy 70 kVA i 12 gałęziami o nastawialnych wartościach impedancji oraz przyłączenie do niej dowolnych źródeł i odbiorów zainstalowanych w Laboratorium. W skład modelu wchodzi również urządzenie realizujące w dowolnym punkcie zbudowanej sieci zwarcia symetryczne i niesymetryczne o nastawialnym czasie trwania, co umożliwia badanie wpływu zapadów napięcia na pracę źródeł i odbiorów.

System monitorowania pracy urządzeń Laboratorium umożliwia śledzenie on-line (niezależnie od systemu SCADA) przebiegów wartości chwilowych prądów, napięć, mocy czynnej, biernej a także analizę zawartości  harmonicznych prądów i napięć źródeł, odbiorów oraz gałęzi i węzłów badanej sieci. System składa się z transduktorów napięcie/napięcie oraz prąd/napięcia firmy LEM o pasmie przenoszenia DC…500kHz, z których sygnały analogowe są doprowadzone do cztero-kanałowych kart pomiarowych modułów PowerDNA firmy UEI z przetwornikami A/D, mogących pracować z częstotliwością próbkowania 250 kpróbek/sec na kanał przy jednoczesnym próbkowaniu kanałów. Sygnały cyfrowe są przesyłane po lokalnej sieci Ethernet do komputera z pracującą aplikacją napisaną na platformie programu DasyLab umożliwiającą wizualizację przebiegów wielkości mierzonych bezpośrednio i obliczanych. Aplikacja pozwala także na rejestrację przebiegów prądów i napięć. W pracującej wersji system pozwala na monitorowanie  przebiegów trójfazowych prądów i napięć oraz wielkości z 11 punktów pomiaru z próbkowaniem 4096 próbek/s.
 

Stacja pogodowa Davis Weatherlink

Stacja pogodowa jest jednym z elementów systemu zarządzania siecią SCADA pozwalającym na monitorowanie następujących wielkości:

• temperatura na zewnątrz oraz w laboratorium
• nasłonecznienie
• prędkość wiatru
• ciśnienie atmosferyczne
• wilgotność powietrza

Stacja odgrywa istotną rolę w badaniu odnawialnych źródeł energii takich jak mini-farma wiatrowa czy systemy fotowoltaiczne.
 

Generator EmTest NetWave

Generator NetWave firmy EmTest jest wielofunkcyjnym, programowalnym, 3-fazowym źródłem AC/DC, z systemem odzyskiwania energii oraz z systemem pomiarowo/badawczym. Moc układu to 60 kVA. W Laboratorium Generacji Rozproszonej generator współpracuje z symulatorem czasu rzeczywistego RTDS (układ jest sterowany zewnętrznie sygnałami analogowymi uzyskanymi w wyniku obliczeń za pomocą symulatora RTDS).

System pomiarowo/badawczy składa się z następujących elementów:

• wbudowanego generatora arbitrarnego,
• elektronicznego źródło AC/DC,
• systemu odzyskiwania energii.

Układ zabudowany jest w pojedynczej szafie typu Rack. 

Dynamiczny zasobnik energii z szybkoobrotowym kołem zamachowym Vycon Flywheel

Zainstalowany w Laboratorium Generacji Rozproszonej dynamiczny zasobnik energii z szybkoobrotowym kołem zamachowym firmy Vycon umożliwia konwersję oraz magazynowanie energii elektrycznej w formie energii kinetycznej. W przeciwieństwie do większości akumulatorów chemicznych układ flywheel pozbawiony są efektu pamięci, a liczba cykli (rozładowań) nie ma wpływu na czas jego eksploatacji.

Podstawowe cechy koła zamachowego Vycon :

• moc zasobnika: 350 kW,
• prędkość naładowanego zasobnika: 36 000 obr/min,
• sprawność: powyżej 99 %.

W Laboratorium Generacji Rozproszonej Instytutu Elektroenergetyki dynamiczny zasobnik energii przyłączony jest do sieci elektroenergetycznej poprzez układ UPS firmy Socomec. Moc układu UPS to 160 kVA. System zaprojektowano tak aby krótkotrwałe przerwy w zasilaniu (do 7 s) obciążały zasobnik kinetyczny. W przypadku dłuższych przerw energia pobierana jest z baterii akumulatorów ( oba zasobnik podłączone są do tego samego układu UPS ).