ES2954671T3 - Puesta en servicio de seguidores solares - Google Patents
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Abstract
Seguidores solares eléctricos que mueven paneles solares y son controlados por un controlador de seguimiento solar. Más precisamente el objeto de la invención está dirigido a un procedimiento de puesta en marcha de plantas de energía solar. La invención contempla una red de comunicaciones en malla, múltiples pasarelas asociadas respectivamente a cada controlador de seguidor solar; dichas puertas de enlace actúan entre la red de comunicación en malla y un sistema de comunicaciones de la planta solar en el que a cada controlador de seguidor solar se le asigna un número de serie único que comprende ID, posición en la planta solar del seguidor solar asociado a dicho controlador de seguidor solar. La puerta de enlace determina que un seguidor solar está disponible para su puesta en servicio y envía datos de configuración al controlador del seguidor solar de dicho seguidor solar disponible para su puesta en servicio, dichos datos de configuración incluyen información de puertas de enlace auxiliares a las que conectarse en caso de que falle una puerta de enlace principal. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Puesta en servicio de seguidores solares
Objeto de la invención
La invención se refiere al campo técnico de las energías renovables y, más particularmente, a la energía solar.
El objeto de la invención está dirigido a la gestión y control de un grupo de seguidores solares de un solo eje que proporciona la puesta en servicio de una planta necesaria para la puesta en marcha de una planta solar FV y la correcta aplicación de la monitorización de seguidores solares. El documento US2012/158197A pertenece al estado de la técnica estrechamente relacionado.
Antecedentes de la técnica
Una vez completada la instalación de cualquier planta solar FV y la correspondiente inspección posterior, la planta está lista para conectarse a la red para transferir energía, este proceso se conoce como puesta en servicio. La puesta en servicio de un sistema fotovoltaico FV valida que el sistema está diseñado, instalado y trabajando según los requerimientos. Por otra parte, los procedimientos de puesta en servicio evitan el desperdicio de recursos ahorrando así tiempo y dinero; garantizando, por lo tanto, la eficiencia y la seguridad de los sistemas y aumentando la eficacia y productividad. Se considera una parte esencial de una planta de energía solar FV, ya que la puesta en servicio FV conlleva la facilidad de futuras operaciones y mantenimiento.
Los procedimientos de puesta en servicio pueden variar dependiendo del tamaño y diseño de la planta solar; pero, independientemente del tamaño y diseño, una parte del procedimiento de puesta en servicio de una planta solar FV implica la puesta en servicio del sistema de seguimiento solar. Dicha puesta en servicio de los seguidores solares requiere ajustar el controlador del seguidor proporcionando los parámetros operativos para cada controlador de seguidor solar, por lo tanto, al seguidor solar correspondiente. Estos parámetros pueden incluir la ubicación del sistema, que está definida por su longitud y latitud.
Sin información de ubicación ni información de posición del panel precisas, el controlador de seguidor solar no podrá determinar con precisión la ubicación exacta del sol en un momento dado.
Los procedimientos de puesta en servicio requieren que los controladores de seguidor solar estén configurados correctamente con los parámetros de configuración respectivos para que el controlador de seguidor solar pueda funcionar. Las soluciones encontradas en la técnica requieren que un operador acceda directamente al controlador de seguidor solar, ya sea a través de unos medios de comunicación de campo cercano o a través de otros medios de conexión directa, para proporcionar al controlador de seguidor solar dichos parámetros de configuración; por lo tanto, implicando la presencia física de un operador cerca del seguidor solar.
El documento US8502129B2 divulga un sistema fotovoltaico integrado controlado remotamente que tiene varios componentes. En el documento US8502129B2, se configura un sistema de gestión del lado del servidor central para facilitar la gestión de dos o más matrices solares en un sitio remoto desde un dispositivo cliente conectado a través de una red pública de área amplia (WAN). Una carcasa de la electrónica integrada contiene múltiples circuitos, incluyendo circuitos inversores de generación de energía de CA y circuitos de control de movimiento de matrices solares, para una o más matrices solares fotovoltaicas (FV) en el sitio remoto. Los múltiples circuitos existen cohesivamente en la carcasa de la electrónica integrada y rinden mejor debido a la interconectividad. El circuito de comunicación dentro de la carcasa de la electrónica integrada está configurado para establecer comunicaciones seguras a través de la WAN con el sistema de gestión del lado del servidor central. En el documento US8502129B2, la carcasa de la electrónica integrada actúa como el punto de control del sistema local para al menos una o más matrices solares.
El documento US8452461 B2 divulga un sistema de control para una planta de energía fotovoltaica que incluye un sistema de control a nivel de planta para implementar funciones de control a nivel de planta en los sitios de generación de energía de la planta, un sistema de supervisión para el control de supervisión y adquisición de datos de la planta y una red de comunicaciones que conecta el sistema de control a nivel de planta, se describe el sistema de supervisión y los dispositivos de la planta. El documento US8452461 B2 proporciona métodos para controlar una planta FV utilizando el sistema de control a nivel de planta y el sistema de supervisión y métodos para regular las características de energía en los sitios de generación de energía. La red de comunicaciones proporciona comunicaciones entre dichos dispositivos de planta, dicho sistema de control a nivel de planta y dicho sistema de supervisión; en este sentido, los valores de energía de CA/CC medidos y recopilados se comparten utilizando la red de comunicación.
El documento US8916811B2 divulga una carcasa de electrónica integrada que contiene tanto la electrónica del sistema como los circuitos de generación de energía para un conjunto de seguimiento de dos ejes que tiene una matriz solar FVC. La carcasa contiene al menos un bus de comunicación, circuitos de control de movimiento y circuitos inversores, y actúa como el punto de control del sistema local para ese mecanismo de seguimiento. Los circuitos inversores generan tensión de CA trifásica que se suministra a un transformador de interfaz de red. Cada inversor
recibe una tensión de CC bipolar suministrada desde su propio conjunto de celdas FVC. Los circuitos de control de movimiento mueven las celdas FVC del mecanismo del seguidor a coordenadas angulares resultantes de un algoritmo de seguimiento solar. El bus de comunicación se conecta a los circuitos de control de movimiento y los circuitos inversores para facilitar las comunicaciones de información, incluyendo los parámetros de energía generada por los circuitos inversores, entre los circuitos de control de movimiento y los circuitos inversores de CA para ajustar con precisión la energía de CA generada por el mecanismo de seguimiento.
El documento EP2722959B1 proporciona una solución al problema de poner en marcha una planta solar FV, basada en la idea de optimizar los parámetros de arranque en función de la energía activa medida obtenida del conjunto de paneles después de la puesta en marcha. La energía activa medida se compara con una energía óptima conocida requerida para una puesta en marcha exitosa y los parámetros de arranque se modifican en función de la comparación.
El documento US7962249B1 divulga un controlador de matriz central para una matriz de generación de energía que incluye una pluralidad de dispositivos de generación de energía, y cada dispositivo de generación de energía está acoplado a un convertidor local correspondiente. El controlador de matriz central incluye un módulo de diagnóstico que puede recibir, de cada convertidor local de la matriz, datos del dispositivo para el dispositivo de generación de energía correspondiente al convertidor local. El módulo de diagnóstico también puede ser capaz de recibir, de cada convertidor local de la matriz, datos del convertidor local para el convertidor local.
Algunas soluciones se basan en el propio controlador de seguidor solar, que intentan mejorar la lógica implementada para acelerar el proceso, como la solución propuesta por Hanwate, Sandeep & Hote, Yogesh. (2018). Design of PID controller for sun tracker system using QRAWCP approach. International Journal of Computational Intelligence Systems. 11. 133. 10.2991/ijcis. 11.1.11. En este documento, se propone una fórmula directa para el diseño de un controlador PID robusto para un sistema de seguimiento solar utilizando un enfoque de regulador cuadrático con polo compensador (QRAWCP). La principal ventaja del enfoque propuesto es que, no hay necesidad de utilizar técnicas iterativas de computación blanda desarrolladas recientemente que consumen mucho tiempo, son computacionalmente ineficientes y necesitan conocer el límite del espacio de búsqueda. Para mostrar la superioridad del enfoque propuesto, el rendimiento del sistema de seguimiento solar se compara con los enfoques de sintonización aplicados recientemente para sistemas de seguimiento solar, tal como la optimización por enjambre de partículas, el algoritmo de luciérnaga y el algoritmo de búsqueda de cuco. El rendimiento de los enfoques existentes y de los propuestos se verifica en el dominio del tiempo, también en el dominio de la frecuencia utilizando índices de rendimiento integrales. Se observa que el rendimiento mejora en los aspectos de transitoriedad, robustez e incertidumbre en comparación con los enfoques de computación suave propuestos recientemente.
Lamentablemente, es deseable reducir, tanto como sea posible, el tiempo de arranque de una planta fotovoltaica donde una pluralidad de controladores de seguidor solar manejan los diferentes paneles solares que actualmente se basan en sistemas SCADA (por sus siglas en inglés de "Supervisory Control And Data Acquisition" o control de supervisión y adquisición de datos) y dotar a dichos controladores de seguidor solar de características redundantes para alimentar a los controladores de seguidor solar los parámetros de configuración independientemente de errores en los sistemas de comunicación que pueden afectar el tiempo de arranque.
Sumario de la invención
La presente invención tiene por objeto un método de puesta en servicio de un seguidor solar y un seguidor solar que implementa dicho método, basándose ambos en una red de comunicaciones en malla que produce un procedimiento de auto-puesta en servicio de cada seguidor solar de tal manera que se proporcione una reducción del tiempo de arranque de una planta fotovoltaica. El controlador de seguidor solar desplegado por el objeto de la invención comprende unos medios de comunicación que permiten que el controlador de seguidor solar se conecte a redes de comunicación, preferentemente, redes de comunicación inalámbricas, utilizando una pasarela asociada, dedicada, provista de medios de conexión.
El método de la invención proporciona una solución de este tipo, ya que abarca proporcionar al controlador de seguidor solar las instrucciones necesarias para encontrar la ruta de red de comunicación adecuada y para ser alimentado dinámicamente con parámetros de configuración en tiempo real, sobre la marcha.
El método de la invención se basa en una red en malla que comprende una pluralidad de pasarelas, el procedimiento de auto-puesta en servicio descrito además implica cierto nivel de redundancia ya que también se puede proporcionar información sobre puntos finales auxiliares a los que se puede conectar el controlador de seguidor solar cuando sea necesario, por ejemplo, en el caso de que una pasarela primaria o asignada no logre proporcionar acceso.
Con el fin de lograr la solución proporcionada en el presente documento, el controlador de seguidor solar está equipado con unos medios de conexión dirigidos a conectar el controlador de seguidor solar a los respectivos canales de comunicación, de modo que el controlador de seguidor solar pueda establecer una conexión con la red de comunicación de la planta solar, preferentemente, dichos medios de conexión son antenas para una conexión inalámbrica.
Los identificadores de seguidores solares y/o números de serie y la posición de cada controlador de seguidor, por consiguiente, de cada seguidor solar asociado, se envían a las pasarelas de la planta, que forman parte de un clúster con una base de datos compartida entre todas las pasarelas. Cuando el seguidor solar se enciende y detecta que no está en servicio, comenzará a barrer los canales de comunicación para encontrar un SSID (por sus siglas en inglés de "service set identifier" o identificador de conjunto de servicios) de red inalámbrica específico, como "puesta en servicio" o "gwxxxx". Con este barrido el controlador de seguidor solar formará una lista por orden de prioridad según el nombre y la potencia de recepción o calidad de la señal. A continuación, el controlador de seguidor solar se conectará al primer elemento de la lista y esperará a que la pasarela transmita la información de seguimiento solar.
Una vez que el controlador de seguidor solar tiene disponible la información de las pasarelas, el controlador de seguidor indicará a la pasarela que está disponible para la auto-puesta en servicio y proporcionará al menos el número de serie asociado que indica la identificación del seguidor, de modo que se busque la información del seguidor solar correspondiente en la base de datos. Una vez que la pasarela detecta que un seguidor está disponible para la puesta en servicio, localizará el número de serie en la base de datos distribuida entre todas las pasarelas y enviará la configuración correspondiente a ese controlador de seguidor, incluyendo la información de las pasarelas auxiliares a las que conectarse en caso de que falle la pasarela principal. Una vez que el controlador de seguidor tiene sus parámetros de configuración, esperará a que la pasarela indique que la puesta en servicio ha finalizado y que ya puede conectarse a la red de comunicación asignada.
En esta puesta en servicio está implícita la emisión de parámetros de configuración para cada controlador de seguidor que permita, en caso de fallo de la pasarela principal, comunicarse con las pasarelas auxiliares que se han configurado en el proceso de puesta en servicio. Se describe brevemente.
Cada pasarela tendrá varias antenas que permiten conectarse a los diferentes canales respectivos, preferentemente, tres trabajando en los respectivos canales de comunicación inalámbrica.
Una vez realizada la puesta en servicio el seguidor solar pasará a un funcionamiento normal.
El seguidor solar puede esperar periódicamente un mensaje "activo" de la pasarela que indique que para la pasarela las comunicaciones están activas; en caso de que el controlador del seguidor detecte que no recibe el mensaje "activo" durante un período de tiempo razonable, el controlador del seguidor solicitará parámetros de configuración que comprenden datos de la pasarela auxiliar y procederá a conectarse a la pasarela auxiliar.
Una de las características más destacables del objeto de la invención viene con la nueva unidad de control de pasarela que se basa en un dispositivo programable que sustituye al control central de los anteriores sistemas SCADA (TMS) y, por tanto, elimina el único punto de falla. Cada subcampo está controlado por una pasarela dedicada respectivamente que trabaja de manera independiente, pero con todas las pasarelas que comparten su información formando un clúster con una base de datos distribuida de acceso en tiempo real. Con este sistema, si una pasarela falla, los seguidores solares se asignarían automáticamente a la pasarela más cercana y seguirían trabajando. Esto también produce niveles de temperatura más bajos en diferentes partes del sistema. Por otra parte, la conmutación de red es transparente ya que el controlador del seguidor no tiene que desconectarse de la red para realizar esta conmutación.
El objeto de la invención también engloba el susodicho controlador de seguidor solar que comprende una pasarela asociada al mismo, en donde dicha pasarela comprende a su vez una pluralidad de medios de conexión destinados a conectarse a los respectivos canales de comunicación, teniendo dichos medios de conexión una pluralidad de transceptores respectivamente asociados a antenas; antenas preferentemente configuradas para conectarse al respectivo canal diferente proporcionando así una conexión inalámbrica. Algunos de los elementos, tales como la pasarela y el controlador de seguidor solar, pueden estar contenidos en una carcasa.
Descripción de los dibujos
Para complementar la descripción que se está realizando y con el fin de contribuir a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferido de una realización práctica de la misma, se adjunta un juego de dibujos como parte integral de dicha descripción, en donde, con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
Figura 1.- Muestra un diagrama que ilustra las pasarelas y los canales utilizados por cada red.
Figura 2.- Muestra un diagrama de flujo que ilustra el objeto de la invención.
Descripción detallada
El método de control de seguidor de la invención hace uso de una red de comunicaciones en malla, utilizando preferentemente, redes de comunicación inalámbricas y protocolos basados en TCP/IP, así como múltiples pasarelas destinadas a proporcionar datos de información de canal procedentes de/hacia los controladores de seguidor solar,
actuando dichas pasarelas entre la red de comunicación en malla y un sistema de comunicaciones de una planta solar; cada pasarela está equipada con una pluralidad de transceptores respectivamente asociados a antenas, que proporcionan conexiones inalámbricas que permiten la conexión inalámbrica utilizando diferentes canales de comunicación, en una realización preferida de la invención se proporcionan tres antenas. De tal manera que las pasarelas generan los SSID de las redes disponibles en un número de canal de comunicación y los controladores de seguidor solar se agrupan y configuran para conectarse a través de un número de canal de comunicación, de modo que cada controlador de seguidor solar individual de un grupo se conecta a una pasarela a través de un canal de comunicación correspondiente.
El método de la invención engloba la asignación la asignación a cada controlador de seguidor solar de un número de serie único para ser utilizado en la puesta en servicio o en el procedimiento de puesta en servicio en donde cada número de serie único está asociado a la posición correspondiente del seguidor solar respectivo por medio de datos de subcampo dispuestos a lo largo del número de serie único; por consiguiente, la información relativa a qué seguidor solar y dónde de la planta solar, está determinada y preferentemente almacenada en una base de datos accesible por las pasarelas.
Esta información se enviará a las pasarelas de la planta que, por diseño, formarán parte de un clúster y tendrán una base de datos compartida entre todas las pasarelas.
Una vez que se enciende un seguidor solar y el controlador de seguidor solar detecta que aún no se ha puesto en servicio, se activa un proceso de barrido que barre los canales de comunicación para buscar una red de comunicación determinada que se identifica mediante un formato de ID de red específico, en esta realización preferida dicha red de comunicación determinada puede tener un SSID: "puesta en servicio" o "gwxxxx". Por consiguiente, la pasarela respectiva gestiona todo el proceso relacionado con la puesta en servicio, como se muestra en la figura 2, en donde las redes se han representado con nombres genéricos numerados, como "red en malla de pasarela n".
Por medio de este procedimiento de barrido, el controlador de seguidor solar puede formar una lista de redes inalámbricas dispuestas en orden de prioridad, preferentemente, dependiendo del nombre y la potencia de recepción o calidad de la señal. Una vez que esté disponible la lista de redes inalámbricas disponibles, el controlador de seguidor solar se conectará a la primera red de comunicación enumerada en la lista y esperará a que la pasarela envíe la información respectiva a través de un procedimiento de transmisión siguiendo el proceso que se muestra en la figura 2.
Una vez que el controlador de seguidor solar tiene disponible la información de la pasarela, el controlador de seguidor solar indicará a la pasarela su número de serie indicando también que está disponible para la auto-puesta en servicio.
Una vez que la pasarela determina que un seguidor solar está disponible para la puesta en servicio, se identifica el número de serie en la base de datos distribuida entre todas las pasarelas y se envía la información de configuración correspondiente en forma de parámetros de configuración del controlador de seguidor a ese controlador de seguidor solar del seguidor solar que está disponible para la puesta en servicio; dichos parámetros de configuración solar pueden comprender al menos uno de: ángulos de posicionamiento, ángulo máximo, posición del seguidor solar asociado en la planta, datos de pasarelas auxiliares a las que conectarse en caso de que falle la pasarela primaria.
En cuanto un controlador de seguidor solar recibe los parámetros de configuración, espera a que la pasarela genere un mensaje, preferentemente, vía transmisión, indicando que la puesta en servicio ha finalizado y que el controlador de seguidor solar ya puede conectarse a una red de comunicaciones asignada.
Durante el procedimiento de puesta en marcha representado en la figura 2, se proporciona un proceso de emisión de parámetros de configuración a cada controlador de seguidor solar que permite, en caso de fallo de la pasarela primaria, comunicarse con las pasarelas auxiliares que se hayan configurado en el proceso de puesta en servicio.
Una vez realizada la puesta en servicio, el controlador de seguidor solar entrará en un modo de funcionamiento normal en el que el controlador de seguidor solar puede enviar/recibir comandos desde el controlador de seguidor solar y los parámetros de configuración se pueden modificar.
El controlador de seguidor solar esperará periódicamente un mensaje "activo" de la pasarela que indica que la pasarela todavía está disponible para comunicarse. Si el controlador de seguidor solar detecta que no recibe, durante un período de tiempo predeterminado, preferentemente establecido dentro de 15 segundos y 15 minutos, un mensaje de estado, tal como "activo", el controlador de seguidor solar inicia un proceso de consulta de los parámetros de configuración, determinando una pasarela auxiliar y conectándose a dicha pasarela auxiliar.
Dado que toda la estructura de red para las pasarelas se basa en una red en malla, los procesos de conmutación son transparentes ya que el controlador de seguidor solar no tiene que desconectarse de la red para realizar un proceso de conmutación.
Claims (9)
1. Un método para poner en servicio una planta solar, en donde
• cada controlador de seguidor solar comprende medios de comunicación inalámbrica, y
• múltiples pasarelas dispuestas en una red de comunicaciones en malla;
actuando dichas pasarelas entre la red de comunicaciones en malla y un sistema de comunicaciones de una planta solar,
en donde el método además comprende:
• asignar a cada controlador de seguidor solar, un número de serie único que comprende:
° un ID, y
° una posición en la planta solar,
del seguidor solar asociado a dicho controlador de seguidor solar; de modo que las pasarelas tengan acceso a dicho número de serie único,
• las pasarelas generan al menos una red de comunicación inalámbrica que se identifica mediante un SSID de red específico a través del cual la pasarela transmite parámetros de configuración a los controladores de seguidor solar,
• el controlador de seguidor solar barre los canales de comunicación para buscar una red de comunicación inalámbrica que se identifica mediante un SSID de red específico,
• el controlador de seguidor solar genera una lista de redes de comunicación inalámbrica disponibles que se identifican mediante un SSID de red específico al que se puede conectar cada controlador de seguidor solar, estando dicha lista ordenada por orden de prioridad dependiendo de al menos uno de: potencia de recepción y calidad de la señal,
• cada controlador de seguidor solar se conecta a la primera red enumerada en la lista y envía datos sobre el estado del controlador de seguidor solar, en cuanto a si está en servicio o no está en servicio, junto con los datos de ID del seguidor solar,
• la pasarela recibe los datos de un seguidor solar como disponible para la puesta en servicio y envía los datos de configuración asociados al controlador de seguidor solar de dicho seguidor solar disponible para la puesta en servicio, dichos datos de configuración, incluyendo información de las pasarelas auxiliares a las que conectarse en caso de que falle una pasarela a la que está conectado el controlador de seguidor,
• recibir en el controlador de seguidor solar información que comprende los parámetros de configuración asociados, • enviar un fin del procedimiento de puesta en servicio desde las pasarelas a los controladores del seguidor solar, y
• reiniciar el controlador de seguidor solar.
2. El método según la reivindicación 1, en donde el orden de prioridad además comprende un orden alfabético de los SSID de las redes disponibles.
3. El método según la reivindicación 1, en donde los parámetros de configuración del controlador de seguidor solar comprenden al menos uno de: ángulos de posicionamiento, ángulo máximo, posición del seguidor solar asociado en la planta y datos de pasarelas auxiliares.
4. El método según la reivindicación 1, en donde las pasarelas generan los SSID de las redes disponibles en un número de canal de comunicación y los controladores de seguidor solar se agrupan y configuran para conectarse a través de un número de canal de comunicación, de modo que cada controlador de seguidor solar individual de un grupo se conecta a una pasarela a través de un canal de comunicación correspondiente.
5. El método según la reivindicación número 1, en donde la determinación de que el seguidor solar está disponible para la puesta en servicio se realiza por medio de un mensaje enviado desde el controlador de seguidor solar a la pasarela.
6. Un controlador de seguidor solar que comprende una pasarela asociada al mismo, en donde dicha pasarela comprende a su vez una pluralidad de medios de conexión destinados a conectarse a los respectivos canales de comunicación, estando dicho controlador de seguidor solar configurado para llevar a cabo el método de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5.
7. El controlador de seguidor solar según la reivindicación 6, en donde los medios de conexión comprenden una pluralidad de transceptores asociados respectivamente a antenas, que proporcionan una conexión inalámbrica.
8. El controlador de seguidor solar según la reivindicación 7, en donde las antenas están configuradas respectivamente para conectarse a diferentes canales respectivos.
9. El controlador de seguidor solar según una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, en donde la pasarela y el controlador de seguidor solar están contenidos en una carcasa.
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