Limitare il picco di domanda con regole IF-THEN su concentratore

Molti contratti di fornitura elettrica per siti commerciali e industriali includono un costo basato sulla domanda più alta nel periodo di fatturazione, oppure una potenza impegnata che non deve essere superata. Il picco è spesso causato da una breve sovrapposizione di carichi che avrebbero potuto attendere qualche minuto, come scaldacqua, ventilazione o caricatori per veicoli elettrici. Limitare il picco di domanda significa rilevare questa sovrapposizione nel tempo e disattivare per un certo periodo alcuni di questi carichi. Questo articolo spiega come si misura la domanda e come costruire un distacco carichi a gradini con la logica IF-THEN-ELSE su un concentratore di misuratori di energia ICP DAS, con un esempio svolto.

Domanda, picco di domanda e periodo di integrazione

La potenza istantanea varia da un secondo all'altro. La domanda è la potenza media su un periodo di integrazione fisso, spesso di 15 minuti; il periodo esatto e il modo in cui viene fatturato sono definiti dal contratto di fornitura o dal gestore della rete. Il picco di domanda è la più alta di queste medie nel periodo di fatturazione. Per il controllo contano due conseguenze:

• Un picco breve conta solo in proporzione alla sua durata. Un carico extra di 100 kW per 3 minuti alza una media di 15 minuti di 20 kW, non di 100 kW.
• C'è tempo per reagire. Se il consumo tende a superare il limite all'inizio del periodo, disattivare alcuni carichi per il resto del periodo può mantenere la media al di sotto del limite.

Il distacco dei carichi sposta principalmente il consumo nel tempo. Scegliere carichi che possano essere interrotti per alcuni minuti senza danneggiare il processo, la qualità del prodotto o il comfort.

Cosa offre il concentratore

I concentratori di misuratori di energia delle serie PMC e PMD di ICP DAS hanno un motore logico IF-THEN-ELSE integrato per la gestione della domanda di potenza. Le regole si modificano su pagine web senza programmazione, e le specifiche indicano un numero illimitato di regole, timer e programmi orari, oltre a registri interni (70 sul PMC-5231). Il concentratore legge i misuratori di energia e regola il funzionamento dei dispositivi in base allo stato di potenza tramite moduli I/O Modbus, ed è così che il distacco dei carichi viene eseguito. Gli allarmi possono essere inviati via e-mail e, sui modelli IIoT, anche tramite LINE o Telegram.

Quali valori possono servire come condizioni delle regole, e come viene calcolata la domanda, dipende dal modello e dal firmware; verificare il manuale utente prima di definire il progetto.

Uscite per la commutazione dei carichi

• Moduli I/O RS-485 M-7000, per esempio il M-7061 con 12 relè di potenza Form A da 5 A a 250 VAC. Valori di sicurezza configurabili e un doppio watchdog definiscono il comportamento di ciascuna uscita in caso di perdita della comunicazione.
• Schede di espansione XV sul PMC-5231, PMC-2241M e PMC-2841M, oppure schede XW sul PMC-5151.
• Moduli slave Modbus TCP o Modbus RTU standard, che anche i concentratori possono utilizzare.

Questi relè commutano bobine di contattori o ingressi di abilitazione, non il carico stesso. Il cablaggio nel quadro di distribuzione è un lavoro per un elettricista qualificato.

Logica di distacco carichi per limitare il picco di domanda

1. Misurare il totale con un misuratore trifase sull'alimentazione principale, per esempio un PM-3133-RCT con bobine Rogowski per cavi di grande sezione.
2. Elencare i carichi distaccabili per priorità, con la potenza di ciascuno, per quanto tempo possono restare disattivati e con quale frequenza possono essere commutati.
3. Impostare soglie a gradini: un livello di preallarme, poi una soglia per ogni gradino. Distaccare per primo il carico con priorità più bassa.
4. Aggiungere ritardi e isteresi. Distaccare solo quando una soglia è superata per un certo tempo, e ripristinare solo quando la potenza è scesa chiaramente sotto di essa, altrimenti i carichi oscillano attorno al limite.
5. Limitare il tempo di disattivazione e ripristinare in ordine inverso. Riattivare ogni carico dopo il suo tempo massimo di disattivazione, e ripristinare per primo l'ultimo carico distaccato.
6. Usare i programmi orari per abilitare il distacco solo quando serve, e prevedere un comando manuale di esclusione.
7. Definire lo stato di sicurezza. Decidere se ciascun carico debba funzionare o restare spento in caso di guasto del concentratore o del bus, e impostare di conseguenza i valori di sicurezza del modulo di uscita.

Esempio svolto

Un edificio ha una domanda massima obiettivo di 250 kW. Tutti i valori qui riportati sono valori di esempio; utilizzare i propri dati contrattuali e di carico. Un misuratore PM-3133-RCT500P sull'alimentazione principale è letto da un PMC-5231 via RS-485. Un modulo a relè M-7061 sulla stessa linea RS-485 pilota contattori o ingressi di abilitazione per tre carichi distaccabili.

Le regole in forma semplice (la configurazione web appare diversa):

• IF total kW > 225 for 60 s THEN send email "demand warning"
• IF total kW > 235 for 60 s THEN relay 1 OFF
• IF total kW > 245 for 60 s THEN relay 2 OFF
• IF total kW > 250 for 30 s THEN relay 3 OFF
• IF total kW < 190 for 5 min THEN restore the last relay switched off
• IF relay n OFF longer than its max. off-time THEN relay n ON

I ritardi e i limiti di tempo di disattivazione possono essere implementati con la funzione timer. Il ritardo impedisce che avviamenti di motori e altri picchi brevi, che influiscono poco su una media di 15 minuti, attivino un distacco. Provare le regole fuori dall'orario di lavoro con soglie abbassate, e verificare nei dati registrati che ciascun gradino si disattivi e si ripristini come previsto.

Quali prodotti ICP DAS sono adatti

• Concentratori: PMC-5231, PMC-5231M, PMC-2241M, PMC-2841M, PMC-5151-EN, PMD-2201-EN e PMD-4201-EN dispongono tutti del motore logico IF-THEN-ELSE per la gestione della domanda di potenza. I modelli PMD aggiungono un pannello touch locale.
• Misuratori: la serie PM-3133, il PM-3133-RCT per conduttori di grande sezione e il PM-4324 dove molte linee condividono un unico quadro.
• Uscite: moduli a relè M-7000 come il M-7061, oppure espansione con schede XV.
• Misuratore singolo: dove serve monitorare una sola alimentazione, il PM-5133 mostra un andamento della domanda di 1 ora sul suo touch screen da 3,5", segnala il superamento della potenza impegnata e dispone di due uscite a relè attivate da allarmi definiti. Per più uscite o regole a gradini, usare un concentratore.

Inviare al supporto commerciale tecnico il vostro limite di domanda, un profilo di carico e un elenco dei carichi che possono essere interrotti, e vi aiuteremo a pianificare misuratori, concentratore e uscite.