Вести - Анализа на проблемот со поврзувањето помеѓу дизел генераторите и складирањето на енергија

Еве детално објаснување на англиски јазик за четирите основни прашања во врска со меѓусебното поврзување на дизел генераторите и системите за складирање на енергија. Овој хибриден енергетски систем (често наречен хибридна микромрежа „Дизел + складирање“) е напредно решение за подобрување на ефикасноста, намалување на потрошувачката на гориво и обезбедување стабилно снабдување со електрична енергија, но неговата контрола е многу сложена.

Преглед на основните проблеми

Проблем со обратно напојување од 100ms: Како да се спречи складирање на енергија од обратно напојување на дизел генераторот, со што ќе се заштити тој.
Постојана излезна моќност: Како дизел моторот да работи постојано во неговата зона на висока ефикасност.
Ненадејно исклучување на системот за складирање на енергија: Како да се справите со влијанието кога системот за складирање на енергија одеднаш ќе се исклучи од мрежата.
Проблем со реактивна енергија: Како да се координира распределбата на реактивната енергија помеѓу двата извора за да се обезбеди стабилност на напонот.

1. Проблемот со обратна струја од 100ms

Опис на проблемот:
Обратната моќност се јавува кога електричната енергија тече од системот за складирање на енергија (или товарот) назад кон дизел-генераторот. За дизел-моторот, ова делува како „мотор“, кој го движи моторот. Ова е исклучително опасно и може да доведе до:

Механичко оштетување: Неправилното возење на моторот може да ги оштети компонентите како што се коленестото вратило и спојните шипки.
Нестабилност на системот: Предизвикува флуктуации во брзината (фреквенцијата) и напонот на дизел моторот, што потенцијално доведува до исклучување.

Барањето за решавање во рок од 100 ms постои бидејќи дизел генераторите имаат голема механичка инерција и нивните системи за регулирање на брзината реагираат бавно (обично од редот на секунди). Тие не можат сами да се потпрат за брзо потиснување на овој електричен повратен тек. Задачата мора да ја изврши ултрабрзо реагирачкиот Систем за конверзија на енергија (PCS) на системот за складирање на енергија.

Решение:

Основен принцип: „Дизелот води, складирањето следи.“ Во целиот систем, дизел-генераторот делува како референтен извор на напон и фреквенција (т.е. V/F режим на контрола), аналогно на „мрежата“. Системот за складирање на енергија работи во режим на контрола со константна моќност (PQ), каде што неговата излезна моќност се одредува исклучиво со команди од главниот контролер.
Контролна логика:
1. Мониторинг во реално време: Главниот контролер на системот (или самиот PCS за складирање) ја следи излезната моќност (P_дизел) и насоката на дизел генераторот во реално време со многу голема брзина (на пр., илјадници пати во секунда).
2. Поставена вредност за моќност: Поставената вредност за моќност за системот за складирање на енергија (P_сет) мора да ги задоволи:P_load(вкупна моќност на оптоварување) =P_дизел+P_сет.
3. Брзо прилагодување: Кога оптоварувањето одеднаш се намалува, предизвикувајќиP_дизелза да се постигне негативен тренд, контролерот мора во рок од неколку милисекунди да испрати команда до PCS за складирање за веднаш да ја намали моќноста на празнење или да премине на моќност на апсорпција (полнење). Ова ја апсорбира вишокот енергија во батериите, осигурувајќиP_дизелостанува позитивно.
Технички заштитни мерки:
- Комуникација со голема брзина: Потребни се протоколи за комуникација со голема брзина (на пр., CAN шина, брз Ethernet) помеѓу дизел контролерот, PCS за складирање и главниот системски контролер за да се обезбеди минимално доцнење на командата.
- PCS брз одговор: Современите PCS единици за складирање имаат време на одзив на напојување многу побрзо од 100ms, често во рамките на 10ms, што ги прави целосно способни да го исполнат ова барање.
- Редундантна заштита: Надвор од контролната врска, на излезот на дизел генераторот обично се инсталира реле за заштита од обратна моќност како последна хардверска бариера. Сепак, неговото време на работа може да биде неколку стотици милисекунди, па затоа првенствено служи како резервна заштита; брзата заштита на јадрото се потпира на контролниот систем.

2. Константна излезна моќност

Опис на проблемот:
Дизел моторите работат со максимална ефикасност на горивото и најниски емисии во опсег на оптоварување од приближно 60%-80% од нивната номинална моќност. Малите оптоварувања предизвикуваат „влажно натрупување“ и натрупување на јаглерод, додека високите оптоварувања драстично ја зголемуваат потрошувачката на гориво и го намалуваат животниот век. Целта е да се изолира дизел моторот од флуктуации на оптоварувањето, одржувајќи го стабилен на ефикасна зададена точка.

Решение:

Стратегија за контрола на „Бричење на врвовите и полнење на долината“:
1. Поставена основна точка: Дизел-генераторот работи со константна излезна моќност поставена на неговата оптимална точка на ефикасност (на пр., 70% од номиналната моќност).
2. Регулатива за складирање:
  - Кога Побарувачката за оптоварување > Зададена вредност за дизел: Недостатокот на моќност (P_load - P_diesel_set) е дополнето со празнење на системот за складирање на енергија.
  - Кога побарувачката на оптоварување < зададена вредност за дизел: Вишокот на моќност (P_дизел_сет - P_оптоварување) се апсорбира од страна на полнењето на системот за складирање на енергија.
Предности на системот:
- Дизел моторот работи постојано со висока ефикасност, непречено, продолжувајќи го својот век на траење и намалувајќи ги трошоците за одржување.
- Системот за складирање на енергија ги ублажува драстичните флуктуации на оптоварувањето, спречувајќи ја неефикасноста и абењето предизвикани од честите промени на оптоварувањето на дизел моторот.
- Вкупната потрошувачка на гориво е значително намалена.

3. Ненадејно исклучување на складирањето на енергија

Опис на проблемот:
Системот за складирање на енергија може одеднаш да се исклучи поради откажување на батеријата, дефект на PCS или исклучување на заштитата. Енергијата што претходно ја обработуваше складирањето (без разлика дали генерираше или трошеше) веднаш се пренесува целосно на дизел-генераторот, создавајќи огромен енергетски шок.

Ризици:

Ако складирањето се празнело (поддржувајќи го оптоварувањето), неговото исклучување го пренесува целото оптоварување на дизел-моторот, што потенцијално предизвикува преоптоварување, пад на фреквенцијата (брзината) и заштитно исклучување.
Ако складирањето се полнеше (апсорбираше вишок енергија), неговото исклучување ја остава вишокот енергија на дизел-моторот без каде да оди, што потенцијално предизвикува обратна енергија и пренапон, а воедно предизвикува исклучување.

Решение:

Резерва за странично вртење на дизел: Дизел генераторот не смее да се димензионира само за неговата оптимална точка на ефикасност. Тој мора да има динамички резервен капацитет. На пример, ако максималното системско оптоварување е 1000 kW, а дизелот работи на 700 kW, номиналниот капацитет на дизелот мора да биде поголем од 700 kW + најголемото потенцијално постепено оптоварување (или максималната моќност на складирањето), на пр., избрана единица од 1000 kW, обезбедува бафер од 300 kW за дефект на складирањето.
Контрола на брзо оптоварување:
1. Мониторинг на системот во реално време: Континуирано го следи статусот и протокот на енергија на системот за складирање.
2. Детекција на дефект: По откривање на ненадејно исклучување на складирањето, главниот контролер веднаш испраќа сигнал за брзо намалување на оптоварувањето до контролерот на дизел моторот.
3. Одговор на дизел: Контролерот на дизел дејствува веднаш (на пр., брзо намалувајќи го вбризгувањето на горивото) за да се обиде да ја намали моќноста за да одговара на новото оптоварување. Капацитетот на резервата за вртење купува време за овој побавен механички одговор.
Последна мерка: Отстранување на оптоварувањето: Ако шокот на напојувањето е преголем за дизел-моторот да го поднесе, најсигурната заштита е да се отстранат некритичните оптоварувања, давајќи приоритет на безбедноста на критичните оптоварувања и самиот генератор. Шемата за отстранување на оптоварувањето е суштински услов за заштита во дизајнот на системот.

4. Проблем со реактивна енергија

Опис на проблемот:
Реактивната енергија се користи за воспоставување магнетни полиња и е клучна за одржување на стабилноста на напонот во системите со наизменична струја. И дизел генераторот и PCS за складирање треба да учествуваат во регулацијата на реактивната енергија.

Дизел генератор: Ја контролира излезната реактивна моќност и напонот со прилагодување на струјата на побудување. Неговиот капацитет за реактивна моќност е ограничен, а неговиот одговор е бавен.
Складирачки PCS: Повеќето модерни PCS единици се со четири квадранти, што значи дека можат независно и брзо да инјектираат или апсорбираат реактивна моќност (под услов да не ја надминуваат нивната очигледна номинална моќност kVA).

Предизвик: Како да се координираат обете за да се обезбеди стабилност на напонот на системот без преоптоварување на која било единица.

Решение:

Стратегии за контрола:
1. Дизелот го регулира напонот: Дизел генераторот е поставен во V/F режим, одговорен за воспоставување на референтниот напон и фреквенцијата на системот. Тој обезбедува стабилен „извор на напон“.
2. Складирањето учествува во реактивната регулација (опционално):
  - PQ режим: Складирањето ракува само со активна моќност (P), со реактивна моќност (Q) поставено на нула. Дизелот ја обезбедува целата реактивна моќност. Ова е наједноставниот метод, но го оптоварува дизелот.
  - Режим на диспечерска реактивна енергија: Главниот контролер на системот испраќа команди за реактивна енергија (Q_сет) на PCS за складирање врз основа на моменталните услови на напонот. Ако напонот на системот е низок, наредете му на складирањето да инјектира реактивна моќност; ако е висок, наредете му да апсорбира реактивна моќност. Ова го олеснува оптоварувањето на дизелот, овозможувајќи му да се фокусира на излезната активна моќност, а воедно обезбедува пофина и побрза стабилизација на напонот.
  - Режим на контрола на факторот на моќност (PF): Се поставува целен фактор на моќност (на пр., 0,95), а складирањето автоматски го прилагодува својот реактивен излез за да одржува константен вкупен фактор на моќност на терминалите на дизел генераторот.
Разгледување на капацитетот: PCS за складирање мора да биде димензиониран со доволен очигледен капацитет на моќност (kVA). На пример, PCS од 500 kW што произведува 400 kW активна моќност може да обезбеди максимумкв.стр.(500² - 400²) = 300kVArна реактивна моќност. Доколку побарувачката на реактивна моќност е голема, потребен е поголем PCS.

Резиме

Успешното постигнување на стабилна меѓусебна поврзаност помеѓу дизел-генераторскиот сет и складирањето на енергија зависи од хиерархиска контрола:

Хардверски слој: Изберете PCS за складирање со брз одговор и контролер на дизел генератор со интерфејси за комуникација со голема брзина.
Контролен слој: Користи фундаментална архитектура на „Дизел поставува V/F, складирање прави PQ“. Контролер на системот со голема брзина врши испраќање на енергија во реално време за активна моќност „бричење на врвовите/пополнување на долината“ и поддршка на реактивна моќност.
Заштитен слој: Дизајнот на системот мора да вклучува сеопфатни планови за заштита: заштита од обратна струја, заштита од преоптоварување и стратегии за контрола на оптоварувањето (дури и исклучување на оптоварувањето) за справување со ненадејното исклучување на складирањето.

Преку решенијата опишани погоре, четирите клучни прашања што ги покренавте можат ефикасно да се решат за да се изгради ефикасен, стабилен и сигурен хибриден енергетски систем за складирање на дизел-енергија.