Fotovoltaik enerji santralleri için SCADA

1MW lisanssız bağlantıların çok fazla sayıda gerçekleşeceği ülkemizde PMUM fiyatları (Ortalama 170TL/MWh) ile neredeyse aynı olan enerji teşvik fiyatları (133$/MWh – Dağıtım Bedeli – Iletim Bedeli – Kayıp Kaçak ~= 175TL) bu sistemlerin her saniye optimum verimde çalışmasının ne kadar önemli olduğunu gözler önüne seriyor. Her ne kadar fotovoltaik enerji santralinin bir işletme gideri yok denilse de pratikte pek öyle olmuyor. Uzun vadeli yaklaşımlarda bu şekilde iyice tasarlanmış bir alt yapının varlığı çok önemli. Bu kapsamda geçmişte yaptıklarıma, şimdi yaptıklarımave gelecekte yapacaklarıma şöyle bir değinmek istiyorum.

İlk korkumuzu Kıbrıs santralini açarken yaşamıştık. “Acaba trafo patlar mı ?” sorusunun cevabını bilemediğimiz için alçak gerilim kesicisini uzaktan açtıran bir sistem yaptırıp entegre etmiştim. Youtube’da açılış anını şöyle görebilirsiniz.

Bu sistem basit bir şekilde alçak gerilim kesicisini uzaktan kontrol ediyor ve orta gerilim kesicisine temel komutlar gönderiyordu. İlk implementasyon olması sebebiyle bazı komutları tuşlarla değil gerçekten adresleme yaparak göndermeniz gerekiyordu. Bu santralin devreye alınması sırasında çok değişik problemlerle karşılaştım ve çoğu uçağa atlayıp orada laptop’u açıp çeşitli bağlantı cihazları ve yazılımlarla sisteme müdahale etmemi gerektiriyordu. Nitekim çok kez gittim de. Karşılaştığım tüm sorunları not ettim. Sırada Bulgaristan santralleri vardı ve benim bu santrallere sürekli atlayıp gitmek gibi bir niyetim yoktu. 

Başlıca karşılaşılan sorunlar şunlardı;

1) Orta gerilim kesicilerinde bir sorun varmıydı ? Orta gerilimde sorun varmıydı ? Uzaktan müdahale nasıl edilebilir di ?

2) Alçak gerilim de benzer sıkıntılar varmıydı ? Kontrol mümkünmüydü ?

3) Sistemdeki inverterlerin EEPROM’larını uzaktan programlamak mümkün müydü ?

4) Santralin gücü ile ilgili değişiklikler yapmak mümkün müydü?

Ben bir adım daha ileriye gitmeyi tercih ettim; bu kontrolleri iPad ve iPhone üzerinden yapmak istiyordum. Önce çılgınsın dediler; sonra saçmalama dediler, biraz daha vakit geçti acaba olabilir mi diye düşündüler. Yaptım; oldu…

İlk tasarımımın kısa sürede yapılması imkan yoktu çünkü gerçekten çok kompleks bir yapıya sahipti. Sunucu-İstemci alt yapısına sahip bir bulut sisteminde sahalardan gelen tüm veriler işleniyor ve mantık algoritmalarına göre geri besleme gidiyordu. Tüm sistem insandan bağımsız çalışıyor ve santralde optimum verim sağlıyordu. Bu çalışmayı kendim bitirmek zorunda kaldım ama implementasyonunu sağlamak için ihtiyacım olan iş gücüne ve boş vakite sahip değildim. Bende daha küçük daha decentralized bir yapıyı entegre etmeye karar verdim. Bu sistemde ilk tasarladığıma nispeten komut verme ve bilgi toplama kısımları birbirinden bağımsızdı. 

Ortaya böyle bir ekran çıktı. İlk hali böyleydi. Orta gerilim’e ve alçak gerilime komut verilebiliyor, inverter cihazlarına özel bağlantı ile eepromlarına ulaşılabiliyordu.

Ortaya çıkan ürünü bir video’da izlemek daha keyifli ve açıklayıcı olacaktır heralde.

 

Bir sonraki sürümünde bu kompleks donanım alt yapısını tek bir cihazda birleştirdim. Geçmiş sürümden farklı olarak bulut alt yapısında tutmak istediğim mantık algoritmalarını bizzat cihazın içine gömmeyi tercih ettim. Üşengeçliğimin bir simgesidir bence bu. Santrale birşey olursa benim müdahaleme ihtiyaç olmadan da yoluna devam edebilsin. Nitekim öyle oldu da. Cihazın içine koyduğum gizli bir anahtar ile bu algoritmaları devreye alıp çıkarabiliyordum.

Sistem’in donanım tarafında daha sonra üzerinden rahatça kontrol edilebilsin diye iPad ekledim çünkü daha önceki tüm kontroller uzaktan iPad ve iPhone’lar veya lokal bilgisayar ile yapılabiliyordu.   Sistem’e Tedaş’ın Türkiye standartlarında ihtiyaç duyduğu korumaları da ekleyince ortaya şöyle bir donanım çıktı.

 

Bu cihazın üst tarafı; sol üst köşede eviricilerden verileri alan datalogger cihazını, onun hemen sağında da iPhone/iPad ile haberleşmeyi sağlayan ve gerekli mantık algoritmalarının uygulanmasını sağlayan PLC’yi görebilirsiniz. Datalogger cihazının altında cihaz ise DC güç kaynağı. Hemen sağında gördüğünüz plastik beyaz kutu aslında tam donanımlı bir router. TCP/IP yığını altındaki cihazlara erişmek için çeşitli port yönlendirme işlemi gerekebiliyor. Bu cihaz tüm internet trafiğini üzerinden geçiriyor; gerekli bağlantı güvenliği protokollerini uyguluyor ve içerideki cihazlar ile bizi irtibatlıyor. Hemen altında RS485 bağlantı yeteneğine sahip bir güç analizörü gözümüze çarpıyor.

Sistemin devamında ise NV10P koruma rölemiz ve iPad’imiz var. iPad wireless üzerinden sisteme bağlanıyor ve sadece güç kablosu ile enerjileniyor (tüm kontrol sistemi yine kendi içinde bir UPS ile sürekli enerjili kalıyor), iPad ise kilitli. Üzerinde sadece SCADA ekranı olabiliyor.

Panomuzun en altında ise alçak gerilim kesici ve sayaç var. Kesici hard I/O ile sayaç ise RS485-OBIS ile sisteme bağlı. Hepsinden alınan bilgiler yine iPad’e aktarılıyor. Bir acil durum olduğunda rahatça kesici açtırılabiliyor yada yol verilebiliyor.

Sistemin boydan görünümü ise şöyle;

Büyük keyifle geliştirdiğim bu teknoloji daha 6 ay olmadan yerini yeni bir teknolojiye bıraktı. TCP/IP yığınının kolay entegrasyonu ve artık çoğu cihazların RS485 gibi yavaş arabirimleri kullanmaması sebebiyle buluta aktarımında çok büyük bir kolaylık yaşadım. Bu altyapı sayesinde en başta gerçekleştirmek istediğim merkezi yapıya daha kolay kavuştum.

Yeni tasarladığım sistem şöyle çalışıyor;

1) Inverter cihazları içinde TCP/IP stack sayesinde bulut’a veri depoluyor. Hepsi XML-Uyumlu şekilde ve yapısal olarak düzenli geliyor o sebeple verileri düzenli bir şekilde nesne tabanlı saklamak kolaylaşıyor. İlk proje için tasarladığım PostgreSQL veritabanı ilişkilendirme şeması şöyleydi;

Bu veritabanına analog ölçümler, kesici kontrolleri ve enerji kalitesi analizleri (ve bunların ilgili saklanmış prosedürleri) geldiğinde çok daha komplike bir hale ulaşmıştı. Kendinden TCP/IP yetenekli bir inverter cihazı ile düzenli nesnel veriler hiç problem olmadan saklamam veritabanı ve ilişkilendirme yönetimini çok kolaylaştırdı.

2) Koruma cihazları, güç analizörleri ve sayaçlar artık TCP/IP tabanlı. Yine Google Cloud’da bulunan bir yazılım bunları düzenli olarak sorguluyor ve verileri kaydediyor.

3) Geri besleme cihazları da yine TCP/IP üzerinden komut alma/verme yeteneğine sahip. Yazılım -> Hard I/O dönüşümü bu şekilde gerçekleşiyor.

Ortaya çıkan durumda bir veri kaydediciye, PLC’ye ihtiyaç kalmıyor. Datalogger alt yapısını kullanmanıza gerek kalmıyor ve tüm sistemin yönetimi çok kolay hale geliyor. Yeni sistem de ise kurallar belirlemek ve komutlar göndermek masanızın üzerinde ki eşyaların yerini değiştirmek kadar kolay. Verilerin hepsi BigTable denilen Google Cloud’ın veri depolama sisteminde tutuluyor. Hem ilişkisel hem de nesnel olan bu veritabanı sayesinde verilerin işlenmesi ve ihtiyaç anında gerekli manipülasyonun yapılması çok kolay.

İlk tasarladığım sistem 5-10 santrale kadar yönetimi kolaylaştıran lakin santral sayısı arttıkça gereken iş gücünün de artmasına yol açan bir alt yapıya sahipti. Bu sebeple bu alt yapıda bir sistem tasarlama ihtiyacı hissettim. Bu yapı ile fotovoltaik santrallerin kontrolünün kolaylaşacağını ve sistemi en verimli şekilde kullanmak isteyecek yatırımcıların yatırımlarını daha sağlıklı sürdüreceklerini düşünüyorum. Bu sistem sayesinde Türkiye’de ki tüm fotovoltaik enerji santralleri için merkezileştirilmiş bir kontrol yapısı kurulabilir ve Almanya, Bulgaristan, Kıbrıs gibi ülkelerin yaşadığı over-supply (arz- fazlası) aşılabilir.