Beckhoff New Automation Technology
El grupo español Power Electronics ha demostrado su amplia experiencia en el suministro de energía sostenible en más de 3.000 proyectos solares y de almacenamiento de energía con una capacidad total instalada de 120 GW. Para controlar sus sistemas modulares, la empresa confía en la tecnología de control abierta y de alto rendimiento de Beckhoff: potentes PC integrados combinados con TwinCAT permiten un escalado flexible y cambios de carga dinámicos de 330 MW en 110 ms.
Con sede en Llíria, cerca de Valencia, Power Electronics está especializada en inversores para sistemas de almacenamiento en baterías y servicios públicos, y es uno de los principales fabricantes de inversores solares para sistemas fotovoltaicos de todo el mundo. Fundada en 1987, la empresa está representada en 36 países y ha ejecutado más de 3.000 proyectos solares y de almacenamiento de energía con 120 GW de capacidad instalada (CA), evitando la emisión de casi 120 millones de toneladas de CO2. Además de la producción de inversores solares, de batería e híbridos, Power Electronics también suministra su propio sistema de control para plantas, con la interfaz de sistema de control de batería (BCI) y el sistema de control de planta eléctrica (PPC) como elementos centrales.
Una planta consta de muchos bloques de potencia individuales con módulos solares y/o de baterías, cada uno de los cuales es supervisado y controlado por un BCI que utiliza tecnología de control basada en PC. Un bloque de potencia contiene un inversor para los módulos solares y, si también se utiliza almacenamiento en baterías, un convertidor CC/CC. El inversor convierte la tensión continua de los módulos solares en tensión alterna para alimentar bidireccionalmente la red o las baterías, según la demanda. El PPC central es responsable del control y la coordinación de nivel superior de todos los bloques de potencia de la planta, conforme a los requisitos del operador de la red.
Mayor eficiencia económica gracias al control dinámico
Con sus décadas de experiencia, la empresa cumple las exigentes normativas sobre proveedores de energía que varían en todo el mundo y, entre otras cosas, definen cómo deben comportarse las centrales para garantizar la estabilidad de las redes energéticas durante determinados eventos. «Si además una planta cumple unos requisitos aún más estrictos en cuanto a tiempos de respuesta, puede ofrecer lo que se conoce como servicios de apoyo», afirma David Dobón, director de Ingeniería de Aplicaciones de Power Electronics, haciendo hincapié en la importancia de la tecnología de control de alto rendimiento. La ventaja para los operadores es que pueden vender la energía inyectada a la red a un precio más elevado. «Al principio, por ejemplo, fuimos capaces de pasar de consumir 150 MW a inyectar 180 MW en tan solo 130 ms. Ahora podemos hacerlo en tan sólo 110 ms», añade Agustín Cano, jefe de equipo de Sistemas de Control en Power Electronics. Tiempos de conmutación extremadamente cortos como éstos requieren un sistema de automatización rápido y sofisticado, que Power Electronics implementa utilizando hardware y software de Beckhoff. Así, puede controlar las tres variantes de bloques de potencia: solar, batería e híbrido.
El reto de los bloques de potencia híbridos
«El escenario más sofisticado se plantea cuando el inversor de un BCI gestiona módulos solares y baterías al mismo tiempo», describe Héctor Ortega, jefe de equipo de Software en Power Electronics. Estos bloques híbridos funcionan entonces como pequeñas centrales solares autónomas y deben gestionarse esencialmente por sí mismos para mantener un equilibrio energético.
Power Electronics utiliza ordenadores integrados de la serie CX de Beckhoff con PLC TwinCAT 3 (TC1200) para controlar las distintas interfaces de los sistemas de control de baterías. «Dependiendo de la configuración de un bloque de potencia,se utiliza, por ejemplo,un PC embebido CX5120 o CX5240 con procesador Intel Atom®«, explica Javier Menchén, del Soporte Técnico de Beckhoff España. Los BCI se comunican con los inversores, las baterías y otros componentes a través de Modbus TCP y ejecutan sofisticados algoritmos de control con tiempos de ciclo muy cortos.
TwinCAT 3 PLC HMI Web (TF1810) también se instala como sistema de visualización en los PC embebidos de los sistemas de control. Esto permite al personal de servicio acceder a los parámetros de los dispositivos conectados directamente in situ o en remoto a través de una interfaz web.
Se espera que las futuras mejoras funcionales y optimizaciones del software requieran más potencia de cálculo. En este caso, el rendimiento puede ajustarse fácilmente cambiando a un PC embebido CX5330 con dos núcleos de CPU. Miquel Coca, comercial de Beckhoff España, comenta: «Beckhoff amplía regularmente su cartera de PC industriales y PC embebidos con variantes más potentes, al tiempo que garantiza la disponibilidad a largo plazo y la fácil escalabilidad de sus ordenadores de control.»
Almacenamiento de baterías como reserva de control dinámico
El PPC supervisa y controla múltiples BCI y se encarga de coordinar todos los bloques de potencia de una planta como elemento clave. En este caso, Power Electronics confía en un PC embebido CX2033 con un procesador AMD RyzenTM. «En un proyecto, ya hemos coordinado 160 BCI con el PC embebido y aún no nos hemos acercado a su reserva de potencia», afirma David Dobón. El PPC registra y procesa la información de cada BCI a través del protocolo de comunicación ADS y les proporciona los valores de consigna de funcionamiento. «ADS es muy rápido, es flexible y permite la comunicación a través de la red Ethernet de la planta», subraya Miquel Coca. También está previsto ampliar el software PCC con un PC embebido CX2043 con cuatro núcleos de CPU.
La apertura facilita la integración del sistema
«El uso de un PC de control con un sistema operativo abierto permite la integración de código .Net, lo que supone una gran ventaja para nosotros», afirma Héctor Ortega, destacando una importante característica de la tecnología de control basada en PC de Beckhoff. De este modo, Power Electronics pudo implantar el protocolo de telecontrol DNP3 utilizado por muchos proveedores de energía para la comunicación entre el sistema SCADA de nivel superior y las subestaciones. Además, se utiliza .Net para gestionar las bases de datos y desarrollar la visualización.
«La gestión de tareas en tiempo real de TwinCAT, junto con los potentes PC embebidos, es esencial para garantizar los cortos tiempos de respuesta de las plantas solares y los sistemas de almacenamiento de baterías», subraya Agustín Cano. Además, las herramientas de diagnóstico proporcionadas por TwinCAT son extremadamente útiles para controlar el tiempo de ejecución de cada tarea en todos los núcleos y ciclos. La compatibilidad del hardware y el software fue otro criterio para elegir a Beckhoff como proveedor. La cooperación entre los equipos de Power Electronics y Beckhoff para aclarar cuestiones técnicas fue rápida, fluida y, además, eficaz.
