Vijesti - Analiza problema povezanosti dizel generatora i skladištenja energije

Evo detaljnog objašnjenja na engleskom jeziku četiri ključna problema u vezi s međusobnim povezivanjem dizel generatora i sistema za skladištenje energije. Ovaj hibridni energetski sistem (često nazivan hibridna mikromreža „Dizel + Skladištenje“) je napredno rješenje za poboljšanje efikasnosti, smanjenje potrošnje goriva i osiguranje stabilnog napajanja, ali je njegovo upravljanje vrlo složeno.

Pregled ključnih problema

Problem obrnute snage od 100 ms: Kako spriječiti da skladištenje energije vraća energiju dizel generatoru, i na taj način ga zaštititi.
Konstantna izlazna snaga: Kako održati dizel motor konstantno u zoni visoke efikasnosti.
Iznenadni prekid veze sa sistemom za skladištenje energije: Kako se nositi sa posljedicama iznenadnog prekida veze sa mrežom sistema za skladištenje energije.
Problem reaktivne snage: Kako koordinirati raspodjelu reaktivne snage između dva izvora kako bi se osigurala stabilnost napona.

1. Problem obrnute snage od 100 ms

Opis problema:
Do obrnutog opterećenja dolazi kada električna energija teče iz sistema za skladištenje energije (ili opterećenja) nazad prema dizel generatorskom setu. Za dizel motor, ovo djeluje kao "motor", koji pokreće motor. Ovo je izuzetno opasno i može dovesti do:

Mehaničko oštećenje: Nenormalan rad motora može oštetiti komponente poput radilice i klipnjača.
Nestabilnost sistema: Uzrokuje fluktuacije u brzini (frekvenciji) i naponu dizel motora, što potencijalno dovodi do gašenja.

Zahtjev za rješavanjem u roku od 100 ms postoji jer dizel generatori imaju veliku mehaničku inerciju i njihovi sistemi za regulaciju brzine reaguju sporo (obično reda veličine sekundi). Ne mogu se osloniti na sebe da brzo suzbiju ovaj električni povratni tok. Zadatak mora obaviti ultrabrzi sistem za konverziju energije (PCS) sistema za skladištenje energije.

Rješenje:

Osnovni princip: „Dizel vodi, skladištenje slijedi.“ U cijelom sistemu, dizel generatorski set djeluje kao izvor reference napona i frekvencije (tj. V/F način upravljanja), analogno „mreži“. Sistem za skladištenje energije radi u načinu upravljanja konstantnom snagom (PQ), gdje je njegova izlazna snaga isključivo određena naredbama glavnog kontrolera.
Logika upravljanja:
1. Praćenje u realnom vremenu: Glavni kontroler sistema (ili sam PCS za pohranu podataka) prati izlaznu snagu (P_dizel) i smjer dizel generatora u realnom vremenu pri vrlo velikoj brzini (npr. hiljade puta u sekundi).
2. Zadana vrijednost snage: Zadana vrijednost snage za sistem za skladištenje energije (P_set) mora zadovoljiti:P_opterećenje(ukupna snaga opterećenja) =P_dizel+P_set.
3. Brzo podešavanje: Kada se opterećenje naglo smanji, uzrokujućiP_dizelDa bi trend bio negativan, kontroler mora u roku od nekoliko milisekundi poslati naredbu PCS-u za pohranu podataka da odmah smanji snagu pražnjenja ili pređe na apsorpciju energije (punjenje). Ovo apsorbira višak energije u baterije, osiguravajućiP_dizelostaje pozitivan.
Tehničke mjere zaštite:
- Komunikacija velike brzine: Protokoli komunikacije velike brzine (npr. CAN sabirnica, brzi Ethernet) potrebni su između dizel kontrolera, PCS-a za pohranu podataka i glavnog kontrolera sistema kako bi se osiguralo minimalno kašnjenje komandi.
- Brzi odziv PCS-a: Moderne PCS jedinice za pohranu podataka imaju vrijeme odziva napajanja daleko brže od 100 ms, često unutar 10 ms, što ih čini u potpunosti sposobnim da ispune ovaj zahtjev.
- Redundantna zaštita: Pored kontrolne veze, na izlazu dizel generatora se obično instalira relej za zaštitu od obrnutog napajanja kao konačna hardverska barijera. Međutim, njegovo vrijeme rada može biti nekoliko stotina milisekundi, tako da prvenstveno služi kao rezervna zaštita; brza zaštita jezgra oslanja se na kontrolni sistem.

2. Konstantna izlazna snaga

Opis problema:
Dizel motori rade s maksimalnom efikasnošću goriva i najnižim emisijama u rasponu opterećenja od približno 60%-80% njihove nazivne snage. Niska opterećenja uzrokuju "mokro slaganje" i nakupljanje ugljika, dok visoka opterećenja drastično povećavaju potrošnju goriva i smanjuju vijek trajanja. Cilj je izolirati dizel od fluktuacija opterećenja, održavajući ga stabilnim na efikasnoj zadanoj vrijednosti.

Rješenje:

Strategija kontrole „Smanjivanje vrhova i popunjavanje dolina“:
1. Postavljena osnovna tačka: Dizel generatorski set radi na konstantnoj izlaznoj snazi postavljenoj na njegovu optimalnu tačku efikasnosti (npr. 70% nazivne snage).
2. Pravilnik o skladištenju:
  - Kada je potražnja za opterećenjem > Zadana vrijednost dizela: Nedostajuća snaga (P_opterećenje - P_dizel_set) dopunjuje se pražnjenjem sistema za skladištenje energije.
  - Kada je potražnja za opterećenjem < Zadana vrijednost dizela: Višak snage (P_dizel_set - P_opterećenje) se apsorbuje punjenjem sistema za skladištenje energije.
Prednosti sistema:
- Dizel motor radi konstantno s visokom efikasnošću, glatko, produžavajući svoj vijek trajanja i smanjujući troškove održavanja.
- Sistem za skladištenje energije ublažava drastične fluktuacije opterećenja, sprječavajući neefikasnost i habanje uzrokovano čestim promjenama opterećenja dizel motora.
- Ukupna potrošnja goriva je značajno smanjena.

3. Iznenadni prekid skladištenja energije

Opis problema:
Sistem za skladištenje energije može iznenada prestati s radom zbog kvara baterije, kvara PCS-a ili zaštitnih isključenja. Energija koju je prethodno obrađivao sistem za skladištenje (bilo da je generirala ili trošila) se odmah u potpunosti prenosi na dizel generatorski set, stvarajući ogroman strujni udar.

Rizici:

Ako se skladište praznilo (podržavalo opterećenje), njegovo isključenje prenosi puno opterećenje na dizel, što potencijalno uzrokuje preopterećenje, pad frekvencije (brzine) i zaštitno isključenje.
Ako se skladište punilo (apsorbovalo višak energije), njegovo isključenje ostavlja višak energije dizel motora bez ikakvog prostora za odlazak, što potencijalno uzrokuje obrnutu snagu i prenapon, a također i gašenje.

Rješenje:

Rezerva dizel generatora za bočno okretanje: Dizel generatorski set ne smije biti dimenzioniran samo za svoju optimalnu tačku efikasnosti. Mora imati dinamički rezervni kapacitet. Na primjer, ako je maksimalno opterećenje sistema 1000 kW, a dizel radi na 700 kW, nazivni kapacitet dizel generatora mora biti veći od 700 kW + najveće potencijalno stepenasto opterećenje (ili maksimalna snaga skladišta), npr. odabrana jedinica od 1000 kW, koja obezbjeđuje rezervu od 300 kW za kvar skladišta.
Brza kontrola opterećenja:
1. Praćenje sistema u realnom vremenu: Kontinuirano prati status i protok energije sistema za pohranu podataka.
2. Detekcija kvara: Nakon detekcije iznenadnog isključenja skladišta, glavni kontroler odmah šalje signal za brzo smanjenje opterećenja dizel kontroleru.
3. Odgovor dizel motora: Kontroler dizel motora reaguje odmah (npr. brzo smanjuje ubrizgavanje goriva) kako bi pokušao smanjiti snagu kako bi se prilagodio novom opterećenju. Rezervni kapacitet okretanja kupuje vrijeme za ovaj sporiji mehanički odgovor.
Posljednja opcija: Isključivanje opterećenja: Ako je udar struje prevelik da bi ga dizel motor mogao podnijeti, najpouzdanija zaštita je isključivanje nekritičnih opterećenja, dajući prioritet sigurnosti kritičnih opterećenja i samog generatora. Shema isključivanja opterećenja je bitan zahtjev zaštite u dizajnu sistema.

4. Problem reaktivne snage

Opis problema:
Reaktivna snaga se koristi za uspostavljanje magnetnih polja i ključna je za održavanje stabilnosti napona u AC sistemima. I dizel generator i PCS za skladištenje moraju učestvovati u regulaciji reaktivne snage.

Dizel generator: Kontroliše izlaznu reaktivnu snagu i napon podešavanjem struje pobude. Njegova sposobnost reaktivne snage je ograničena, a odziv spor.
Skladišne PCS jedinice: Većina modernih PCS jedinica je četverkvadrantna, što znači da mogu nezavisno i brzo ubrizgati ili apsorbirati reaktivnu snagu (pod uslovom da ne prelaze svoju prividnu nazivnu snagu kVA).

Izazov: Kako koordinirati oboje kako bi se osigurala stabilnost napona sistema bez preopterećenja bilo koje jedinice.

Rješenje:

Strategije kontrole:
1. Dizel reguliše napon: Dizel generatorski set je postavljen na V/F režim, odgovoran za uspostavljanje referentnog napona i frekvencije sistema. On pruža stabilan "izvor napona".
2. Skladištenje učestvuje u reaktivnoj regulaciji (opciono):
  - PQ način rada: Skladištenje podataka obrađuje samo aktivnu snagu (P), sa reaktivnom snagom (Q) postavljeno na nulu. Dizel osigurava svu reaktivnu snagu. Ovo je najjednostavnija metoda, ali opterećuje dizel.
  - Režim dispečiranja reaktivne snage: Glavni kontroler sistema šalje komande za reaktivnu snagu (Q_set) do PCS-a za skladištenje na osnovu trenutnih naponskih uslova. Ako je napon sistema nizak, naredite skladištenju da ubrizga reaktivnu snagu; ako je visok, naredite mu da apsorbuje reaktivnu snagu. Ovo smanjuje opterećenje dizel motora, omogućavajući mu da se fokusira na izlaz aktivne snage, a istovremeno omogućava finiju i bržu stabilizaciju napona.
  - Način upravljanja faktorom snage (PF): Postavlja se ciljani faktor snage (npr. 0,95), a skladište automatski podešava svoj reaktivni izlaz kako bi održalo konstantan ukupni faktor snage na terminalima dizel generatora.
Razmatranje kapaciteta: PCS za skladištenje mora biti dimenzioniran s dovoljnim prividnim kapacitetom snage (kVA). Na primjer, PCS od 500 kW koji daje 400 kW aktivne snage može osigurati maksimalnokvadrat(500² - 400²) = 300kVArreaktivne snage. Ako je potražnja za reaktivnom snagom visoka, potreban je veći PCS.

Sažetak

Uspješno postizanje stabilne međusobne veze između dizel generatora i skladišta energije zavisi od hijerarhijske kontrole:

Hardverski sloj: Odaberite brzoreagujući PCS za pohranu podataka i kontroler dizel generatora sa brzim komunikacijskim interfejsima.
Kontrolni sloj: Koristi fundamentalnu arhitekturu "Dizel postavlja V/F, Storage vrši PQ". Sistemski kontroler velike brzine vrši raspodjelu snage u realnom vremenu za "smanjenje vršnih vrijednosti/popunjavanje dolina" aktivne snage i podršku reaktivnoj snazi.
Sloj zaštite: Dizajn sistema mora uključivati sveobuhvatne planove zaštite: zaštitu od obrnutog napajanja, zaštitu od preopterećenja i strategije kontrole opterećenja (čak i smanjenja opterećenja) kako bi se riješilo iznenadno isključenje skladišta.

Kroz gore opisana rješenja, četiri ključna problema koja ste pokrenuli mogu se efikasno riješiti kako bi se izgradio efikasan, stabilan i pouzdan hibridni elektroenergetski sistem za skladištenje energije iz dizel motora.