Optimització de convertidors en una planta fotovoltaica de 5 MW

Context i repte

Una planta solar fotovoltaica de 5 MW situada a Múrcia experimentava:

• Fluctuacions de tensió i corrent que provocaven desconnexions freqüents i sobtades de dues unitats de convertidors de 2,5 MW.

• Risc de danys per estrès elèctric (sobretensions i corrents transitories) en els convertidors i altres actius elèctrics.

• Manteniment reactiu costós i parades inesperades que reduïen la fiabilitat de la planta.

L’operador volia augmentar la producció efectiva, reduir el temps d’inactivitat i garantir una vida útil més llarga dels actius de la planta de generació fotovoltaica.

Solució implementada per Energy in the Cloud

Energy in the Cloud va desplegar una solució integral basada en intel·ligència digital i control avançat, estructurada en diverses fases:

1. Estudi i anàlisi

• Avaluació exhaustiva del comportament de la planta de generació i de la xarxa de distribució a la qual està connectada.

• Recollida i tractament de dades de mesura elèctrica (tensions, corrents, harmònics).

2. Control i reconfiguració

• Configuració i adaptació d’algorismes de control en temps real que ajusten les estratègies de protecció sense alterar la modulació ni la commutació, segons les condicions variables de la xarxa i la irradiació solar.

• Simulació in situ dels fenòmens de sobretensió per validar la resposta del sistema.

• Reconfiguració dels paràmetres de protecció (límits, valors, temps de resposta) segons l’estat operatiu identificat.

• Validació final en la pròpia planta de generació.

3. Protecció avançada i aïllament de falles

• Implementació de capes addicionals de protecció (monitoratge de transitoris, filtres actius) amb activació preventiva de mesures correctores.

• Estratègies de limitació gradual de càrrega en escenaris crítics per evitar danys greus o fallades completes.

4. Optimització operativa i manteniment proactiu

• Elaboració d’un informe d’anàlisi de tendències, amb alertes i recomanacions per a accions preventives.

• Planificació de manteniments i definició de criteris operatius optimitzats.

Resultats obtinguts

• Increment de la producció efectiva, gràcies a la reducció de parades i a l’optimització operativa.

• Reducció de fallades crítiques en els convertidors.

• Prolongació de la vida útil dels equips, amb una disminució significativa de l’estrès elèctric i del ritme de degradació interna.

• Reducció dels costos de manteniment, gràcies a una estratègia proactiva i predictiva que permet planificar intervencions menors en moments òptims.

• Alta fiabilitat operativa, amb un increment notable de l’“uptime” i, per tant, de la rendibilitat global de la planta.

Valor diferencial d’Energy in the Cloud

Aquest cas d’èxit posa en relleu les capacitats d’Energy in the Cloud per:

• Integrar intel·ligència digital, aprenentatge automàtic i control en temps real en sistemes de potència.

• Oferir solucions escalables i adaptables a diverses tecnologies de convertidors (fotovoltaics, eòlics, bateries, etc.).

• Transformar dades operatives crítiques en accions automàtiques de protecció i optimització.

• Aportar valor tangible en termes d’eficiència, fiabilitat i reducció de riscos per a plantes de generació renovable.

• Consolidar-se com a partner tecnològic estratègic en el mercat de l’energia neta.

• Incrementar la fiabilitat del sistema elèctric davant de contingències o pertorbacions.
• Millorar la disponibilitat operativa dels actius, minimitzant el temps fora de servei.
• Prioritzar manteniments predictius en funció del risc real de fallada.
• Complir amb els estàndards tècnics i normatius exigits pels operadors de xarxa i reguladors.

El IDPR és un convertidor electrònic intel·ligent clau per gestionar el voltatge i l'estabilitat d'una xarxa rural amb fonts renovables, com ara l'energia solar o eòlica. En aquest tipus de xarxes, on la variabilitat de generació i la distància entre els punts de generació i consum són factors crítics, l'IDPR té un paper essencial en la integració eficient d'aquestes energies.
 

1. Funció Principal de l'IDPR L'IDPR actua com una interfície entre les fonts renovables (fotovoltaica o eòlica) i la xarxa elèctrica, gestionant la potència i el voltatge per evitar fluctuacions que podrien afectar el subministrament elèctric als usuaris. El seu objectiu és mantenir un nivell de voltatge estable i adequat a la xarxa, tot i els canvis en la generació d'energia o en la demanda.

2. Regulació del Voltge La regulació del voltatge és un dels aspectes més crítics en xarxes rurals amb fonts renovables, ja que aquestes zones solen estar allunyades dels centres de distribució principals, i les fluctuacions d'energia poden ser més freqüents. L'IDPR mesura constantment el nivell de voltatge a la xarxa i, mitjançant sistemes de control electrònics, ajusta la sortida de la font renovable per mantenir el voltatge dins dels límits operatius.

3. Injecció i Absorció de Potència Reactiva Per estabilitzar el voltatge, l'IDPR pot injectar o absorbir potència reactiva a la xarxa. La potència reactiva ajuda a controlar el voltatge sense canviar l'energia neta subministrada als consumidors. Quan el voltatge és baix, l'IDPR injecta potència reactiva, i quan el voltatge és alt, pot absorbir-la, equilibrant així les fluctuacions.

4. Emmagatzematge d’Energia Alguns IDPR també estan integrats amb sistemes d'emmagatzematge, com ara bateries. Això els permet emmagatzemar energia en moments d'alta generació (per exemple, quan hi ha molta llum solar) i alliberar aquesta energia quan la generació disminueix. Aquest emmagatzematge ajuda a compensar la intermitència de les fonts renovables i proporciona un suport energètic que evita caigudes de voltatge.

5. Interacció amb Inversors i Controladors d’Energia A les xarxes rurals, on pot haver-hi diversos punts de generació distribuïda, l'IDPR coordina amb els inversors i controladors de les diferents fonts renovables. Això assegura que la contribució de cada font es gestioni de manera eficient per no sobrecarregar la xarxa ni generar inestabilitat.

6. Control Dinàmic de Potència Activa i Reactiva Per respondre ràpidament a les variacions de generació i demanda, l'IDPR ajusta dinàmicament tant la potència activa (la que es consumeix directament) com la potència reactiva. Aquest control dinàmic permet que la xarxa respongui en temps real als canvis en la generació renovable i a les necessitats dels usuaris de la xarxa rural.

7. Beneficis de l'IDPR en Xarxes Rurals

• Estabilitat del voltatge: Ajuda a mantenir un voltatge constant, millorant la qualitat del servei.
• Integració eficient de renovables: Maximitza l'ús de fonts renovables sense comprometre l'estabilitat de la xarxa.
• Reducció de pèrdues: Optimitza la distribució d'energia, reduint les pèrdues de potència.
• Suport en cas d'interrupcions: En cas de caigudes d'energia, l'IDPR amb emmagatzematge pot proporcionar un subministrament temporal.

En conjunt, l'IDPR contribueix a un ús més efectiu i estable de les fonts renovables en xarxes rurals, facilitant una transició cap a una xarxa elèctrica més sostenible i resilient.

Energy in the Cloud (EiC) ha lliurat un altre anàlisi especialitzat sobre sistemes de generació i bateries connectats a les xarxes de distribució a MT per identificar com resoldre incidències crítiques que provoquen desconnexions inesperades i comprometen la continuïtat de la generació. La generació distribuïda, en aquest context, obre noves maneres d’explotar la xarxa de distribució, integrant de forma eficient múltiples punts de producció i emmagatzematge, sempre en compliment amb la regulació i les normatives vigents.

Aquest assoliment ha estat possible gràcies a les capacitats tecnològiques d’EiC i les seves eines d’anàlisi avançades, capaces de processar registres d’esdeveniments amb un enfocament vectorial i temporal, calcular components simètriques i generar gràfics fasorials de manera automàtica. La seva expertesa en tecnologies de convertidors d’electrònica de potència és clau per adaptar i optimitzar la interacció entre generació, emmagatzematge i xarxa, permetent resoldre situacions complexes com desequilibris de fase, falles transitòries i respostes dinàmiques davant canvis ràpids de càrrega o de producció renovable.

Aquesta tecnologia, desenvolupada en entorns MATLAB, fa possible detectar increments de seqüència negativa (I2), identificar la presència de component zero (V0, Ig) vinculada a falles a terra i correlacionar aquestes dades amb l’activació de proteccions.

Un cop analitzats diferents incidents, va ser possible esbrinar el comportament de desplaçament de neutre sense relació a falles monofàsiques a terra.

La capacitat d’EiC per detectar i diagnosticar amb precisió les incidències en temps reduït, sumada al seu coneixement en convertidors d’electrònica de potència, ha estat determinant per reforçar la fiabilitat de l’explotació i transformar un problema crític en una oportunitat per optimitzar el rendiment i la seguretat de la instal·lació

Disposem diverses proves pilot en funcionament per continuar amb la millora continua del producte en entorns reals, així com potencials clients que es troben en fase avançada de negociacions.

Energy in the Cloud potencia l’emmagatzematge distribuït i centralitzat a les xarxes de distribución donat al canvi que ve sobre la manera en què es gestionrà  i distribuirà energía disenyant una nova forma de pensar  el sistema elèctric, per proporcionar sempre el millor servei possible als usuaris  connectats.