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將來自波動性源頭的電流整合至低壓網絡是能源轉型面臨的一大挑戰。為此，巴伐利亞應用能源研究中心(ZAE Bayern)與來自技術和工業領域的合作伙伴一起，在位于上弗蘭肯行政區Arzberg的一座小城開展了一項現場測試，希望能夠提供一些解決方案。

如何才能將大量光伏陣列接入本地網絡，而無需花費高昂成本對本地網絡進行擴展？未來，當越來越多可再生能源用于供電，本地網絡又如何實現安全、高效運行？

來自ZAE Bayern的項目經理Philipp Luchscheider表示，這即是項目背后涉及的兩大問題。

為了得到答案，研究人員在Arzberg的Schlottenhof地區建立了一個智能電網測試中心。

除了峰值輸出高達約50千瓦的光伏模塊外，這一設施還配備有三個氧化還原液流電池作為短時緩沖器以及一個帶有氫氣罐和燃料電池的電解系統作為長期存儲。

測試區域通過分支電纜連接至Schlottenhof的本地網絡。因為這里的很多家庭都安裝有太陽能陣列，部分家庭甚至還配備了家用存儲設備。測試結果將在年底揭曉。

“為了平衡波動性生產并緩和供電高峰，短期和長期存儲設備必須實現智能協作。這就需要將天氣預報和消耗預測納入考慮之中，”Luchscheider解釋道。

這些任務均在控制層通過功能強大的服務器執行，控制中心則位于測試中心周邊的預制式辦公室內。計算機通過模擬和數學模型來創建指令，并將其作為信號傳輸至存儲設備。

控制如此復雜的系統需要存儲設備和光伏陣列狀態以及網絡負荷和容量相關的可靠信息。為此，ZAE Bayern實時收集系統各個組件的詳細數據。

來自Schlottenhof二十戶家庭(其中四戶配有電池存儲)的生產和消耗連同本地變壓器的電壓、電流和相位角數據也都是每秒記錄一次。

此外，研究人員還對當地太陽輻射和風速等氣象數據進行了測量。這些數據通過VPN隧道傳輸至中央服務器，在此與太陽能發電和網絡負荷預測信息進行整合并統一處理為控制信號。

這種控制又是如何實現的呢？例如，陽光明媚的日子里，電池存儲單元并不會在清晨過早開始充電，而是晚一點開始工作。

這樣，當太陽能陣列達到飽和狀態時，電池單元仍有閑置容量。期間，存儲設備的所有人并不會發現任何變化——因為他們在晚上需要電力時，電池仍處于滿電狀態。

服務器會根據網絡和系統數據以及天氣和負荷預測計算吸收能量的最佳時間點。

“數據的高品質和可靠性對于我們現場試驗的成功進行至關重要，”Luchscheider強調說。這也正是ZAE選擇萬可PFC 200控制器負責各個組件和控制中心之間通信的原因所在。

“萬可產品十分可靠。我們從未遇到過任何問題，”Luchscheider聲稱。此外，在設計現場測試過程中，該系列控制器還可為研究人員提供高度靈活性。

“盡管輸入類型多種多樣，憑借萬可解決方案，我們也可連接各個系統和設備，而不受任何限制。”項目經理解釋說。

與此同時，還可將萬可三相電力測量模塊用于電壓、電流和相位角測量。數據交換則借助GSM和DSL通過網絡實現。“不是每家制造商都能提供所有服務，”Luchscheider說到。

談及編程方面，研究人員還受益于PFC 200的靈活性。“萬可控制器能夠運用我們比較喜歡使用的編程語言R進行數據處理。這一點很吸引我們，因為我們可以使用與控制器相同的代碼來設計模型。由此節省了時間并能在進入端口期間防止錯誤發生。”

控制器和服務器之間采用MQTT協議進行數據傳輸，“這十分高效并在配置期間帶來額外優勢”，Luchscheider解釋說。

萬可組件和控制平臺所具備的開放性為研究人員開發更多場景并測試新算法帶來了可能。

“為此，我們需要新的硬件，以便在工業訂單或項目中進行測試，并將其集成至系統，”Luchscheider說到。ZAE測試中心未來也將為更多新技術應用提供空間，以更好地服務于智能電網。

部分控制器直接安裝于太陽能電池板上，以便研究人員能夠研究不同天氣條件下各個模塊和設備的饋電行為。

這些控制器僅有來自模塊的少許保護，且暴露于狂風、雨雪和霜熱交替的環境中，技術十分經得住考驗。該技術從未遇到過任何問題。

“自項目啟動以來，我們沒有丟失過一個測量值。該控制器確實非常適于戶外應用，”Luchscheider強調說。

像其他許多農村鄉鎮一樣，Schlottenhof生產的電力很大一部分用于自我消耗——因此，通過特定方式進行光伏發電的能力在未來潛力無限。ZAE Bayern及其研究項目的合作伙伴們致力于在不花費高昂成本對本地網絡進行擴展的前提下，為實現“Schlottenhof等地的氣候友好型、分布式能源供應”這一愿景做出巨大貢獻。