将来自波动性源头的电流整合至低压网络是能源转型面临的一大挑战。为此，巴伐利亚应用能源研究中心(ZAE Bayern)与来自技术和工业领域的合作伙伴一起，在位于上弗兰肯行政区Arzberg的一座小城开展了一项现场测试，希望能够提供一些解决方案。

如何才能将大量光伏阵列接入本地网络，而无需花费高昂成本对本地网络进行扩展？未来，当越来越多可再生能源用于供电，本地网络又如何实现安全、高效运行？

来自ZAE Bayern的项目经理Philipp Luchscheider表示，这即是项目背后涉及的两大问题。

为了得到答案，研究人员在Arzberg的Schlottenhof地区建立了一个智能电网测试中心。

除了峰值输出高达约50千瓦的光伏模块外，这一设施还配备有三个氧化还原液流电池作为短时缓冲器以及一个带有氢气罐和燃料电池的电解系统作为长期存储。

测试区域通过分支电缆连接至Schlottenhof的本地网络。因为这里的很多家庭都安装有太阳能阵列，部分家庭甚至还配备了家用存储设备。测试结果将在年底揭晓。

“为了平衡波动性生产并缓和供电高峰，短期和长期存储设备必须实现智能协作。这就需要将天气预报和消耗预测纳入考虑之中，”Luchscheider解释道。

这些任务均在控制层通过功能强大的服务器执行，控制中心则位于测试中心周边的预制式办公室内。计算机通过模拟和数学模型来创建指令，并将其作为信号传输至存储设备。

控制如此复杂的系统需要存储设备和光伏阵列状态以及网络负荷和容量相关的可靠信息。为此，ZAE Bayern实时收集系统各个组件的详细数据。

来自Schlottenhof二十户家庭(其中四户配有电池存储)的生产和消耗连同本地变压器的电压、电流和相位角数据也都是每秒记录一次。

此外，研究人员还对当地太阳辐射和风速等气象数据进行了测量。这些数据通过VPN隧道传输至中央服务器，在此与太阳能发电和网络负荷预测信息进行整合并统一处理为控制信号。

这种控制又是如何实现的呢？例如，阳光明媚的日子里，电池存储单元并不会在清晨过早开始充电，而是晚一点开始工作。

这样，当太阳能阵列达到饱和状态时，电池单元仍有闲置容量。期间，存储设备的所有人并不会发现任何变化——因为他们在晚上需要电力时，电池仍处于满电状态。

服务器会根据网络和系统数据以及天气和负荷预测计算吸收能量的最佳时间点。

“数据的高品质和可靠性对于我们现场试验的成功进行至关重要，”Luchscheider强调说。这也正是ZAE选择万可PFC 200控制器负责各个组件和控制中心之间通信的原因所在。

“万可产品十分可靠。我们从未遇到过任何问题，”Luchscheider声称。此外，在设计现场测试过程中，该系列控制器还可为研究人员提供高度灵活性。

“尽管输入类型多种多样，凭借万可解决方案，我们也可连接各个系统和设备，而不受任何限制。”项目经理解释说。

与此同时，还可将万可三相电力测量模块用于电压、电流和相位角测量。数据交换则借助GSM和DSL通过网络实现。“不是每家制造商都能提供所有服务，”Luchscheider说到。

谈及编程方面，研究人员还受益于PFC 200的灵活性。“万可控制器能够运用我们比较喜欢使用的编程语言R进行数据处理。这一点很吸引我们，因为我们可以使用与控制器相同的代码来设计模型。由此节省了时间并能在进入端口期间防止错误发生。”

控制器和服务器之间采用MQTT协议进行数据传输，“这十分高效并在配置期间带来额外优势”，Luchscheider解释说。

万可组件和控制平台所具备的开放性为研究人员开发更多场景并测试新算法带来了可能。

“为此，我们需要新的硬件，以便在工业订单或项目中进行测试，并将其集成至系统，”Luchscheider说到。ZAE测试中心未来也将为更多新技术应用提供空间，以更好地服务于智能电网。

部分控制器直接安装于太阳能电池板上，以便研究人员能够研究不同天气条件下各个模块和设备的馈电行为。

这些控制器仅有来自模块的少许保护，且暴露于狂风、雨雪和霜热交替的环境中，技术十分经得住考验。该技术从未遇到过任何问题。

“自项目启动以来，我们没有丢失过一个测量值。该控制器确实非常适于户外应用，”Luchscheider强调说。

像其他许多农村乡镇一样，Schlottenhof生产的电力很大一部分用于自我消耗——因此，通过特定方式进行光伏发电的能力在未来潜力无限。ZAE Bayern及其研究项目的合作伙伴们致力于在不花费高昂成本对本地网络进行扩展的前提下，为实现“Schlottenhof等地的气候友好型、分布式能源供应”这一愿景做出巨大贡献。