Hardware in the Loop del sistema de control y comunicaciones de un parque fotovoltaico

Abstract

En el siguiente trabajo se desarrolla el entorno Hardware in the Loop (HIL) del control y las comunicaciones de un parque fotovoltaico, teniendo en cuenta los valores reales de impedancia de todas las líneas, valores asignados de los equipos de electrónica de potencia, transformadores, etc, dicho de otro modo, se han tenido en cuenta para la realización del modelo todos los parámetros eléctricos de los elementos de potencia. Para realizar el trabajo se ha utilizado la plataforma de control en tiempo real Opal-RT 5600 en la cual, mediante el software Matlab/Simulink se ha emulado la planta fotovoltaica para ser ejecutada en tiempo real, además esta plataforma se comunica con un ordenador externo mediante el protocolo de comunicación Modbus, con el fin de recibir y enviar los datos necesarios para un funcionamiento lo más realista posible, conformando el entorno HIL. Con los datos recibidos por Modbus se realiza un control droop de la tensión en el punto de conexión de la instalación (POI), enviando de vuelta hacia la plataforma la consigna de potencia reactiva necesaria en dicho punto cerrando el bucle del entorno HIL. El trabajo nace a raíz de la necesidad de ciberseguridad de las plantas de energía renovable debido a que están conectadas a Internet y son susceptibles a ataques a través de la red, al mismo tiempo que se está produciendo una perpetración masiva de plantas de este tipo en el sistema eléctrico, sirviendo este trabajo como inicio de banco de pruebas para el análisis y ensayos de técnicas de ciberseguridad para plantas de energía renovable. Asegurando el correcto funcionamiento de los métodos desarrollados sobre ciberseguridad antes de la prueba real en la misma planta fotovoltaica. Por otra parte, en este trabajo se halla la descripción de la configuración necesaria para conectar la plataforma Opal-RT con cualquier dispositivo por el protocolo Modbus, así mismo se presenta un maestro de la comunicación programado en Python para validar el idóneo funcionamiento de la comunicación.

In this work is developed the Hardware In the Loop (HIL) environment for the control and communications of a photovoltaic park, in the model is used the real values of impedance of all lines, assigned values of power electronic equipment, transformers, etc, in other word, all electrical power elements have been considered for the model. In order to do the work, the real-time control platform Opal-RT 5600 have been used, in which the photovoltaic plant has been simulated using Matlab/Simulink software to be execute in real time. Additionally, this platform communicates with an external computer with Modbus communication protocol, to send and receive the necessary data for the most realistic operation possible, building the HIL environment. With the receive data, a droop control of the voltage at the Point Of Interconnection (POI) of the installation is performed, sending back the necessary reactive power setpoint to the platform, closing the HIL environment loop. The work was born from the need for cybersecurity in renewable energy plants due to their connection to the Internet and susceptibility to network attacks, while there is a massive proliferation of such plants in the electrical system. The work serves as a starting point for a testbed for the analysis and testing of cybersecurity techniques for renewable energy plants, ensuring the correct functioning of the developed cybersecurity methods before real-world testing on the photovoltaic plant. Besides, this document includes a description of the configuration needed to connect the Opal-RT platform with any device using the Modbus protocol, as well a communication master programmed un Python to validate the proper operation of the communication.