Uudised - Diiselgeneraatorite ja energia salvestamise vahelise seose probleemi analüüs

Siin on üksikasjalik ingliskeelne selgitus nelja põhiprobleemi kohta, mis on seotud diiselgeneraatorite ja energiasalvestussüsteemide omavahelise ühendamisega. See hübriidenergiasüsteem (mida sageli nimetatakse ka „diisel + salvestus” hübriidmikrovõrguks) on täiustatud lahendus efektiivsuse parandamiseks, kütusekulu vähendamiseks ja stabiilse energiavarustuse tagamiseks, kuid selle juhtimine on väga keeruline.

Põhiprobleemide ülevaade

100 ms tagasivoolu probleem: kuidas takistada energia salvestamisel diiselgeneraatorile tagasivoolu edastamist ja seda seeläbi kaitsta.
Pidev võimsus: kuidas hoida diiselmootorit pidevalt kõrge efektiivsusega tsoonis töötamas.
Energiasalvestussüsteemi ootamatu lahtiühendamine: kuidas toime tulla energiasalvestussüsteemi ootamatu võrguühenduse katkemisega.
Reaktiivvõimsuse probleem: kuidas koordineerida reaktiivvõimsuse jagamist kahe allika vahel, et tagada pinge stabiilsus.

1. 100 ms vastuvoolu probleem

Probleemi kirjeldus:
Vastuvooluenergia tekib siis, kui elektrienergia voolab energiasalvestussüsteemist (või koormusest) tagasi diiselgeneraatori agregaadi poole. Diiselmootori puhul toimib see nagu "mootor", mis paneb mootori käima. See on äärmiselt ohtlik ja võib põhjustada:

Mehaanilised kahjustused: Mootori ebanormaalne töötamine võib kahjustada selliseid komponente nagu väntvõll ja ühendusvardad.
Süsteemi ebastabiilsus: Põhjustab diiselmootori kiiruse (sageduse) ja pinge kõikumisi, mis võivad viia seiskumiseni.

Nõue selle lahendamiseks 100 ms jooksul eksisteerib seetõttu, et diiselgeneraatoritel on suur mehaaniline inerts ja nende kiiruse reguleerimise süsteemid reageerivad aeglaselt (tavaliselt sekundite suurusjärgus). Nad ei saa loota, et suudavad seda elektrilist tagasivoolu kiiresti summutada. Selle ülesande peab lahendama energiasalvestussüsteemi ülikiire reageerimisega võimsuse muundamise süsteem (PCS).

Lahendus:

Põhiprintsiip: „Diisel juhib, salvestus järgneb.“ Kogu süsteemis toimib diiselgeneraatori agregaat pinge ja sageduse referentsallikana (st V/F juhtimisrežiim), analoogselt „võrguga“. Energiasalvestussüsteem töötab konstantse võimsuse (PQ) juhtimisrežiimis, kus selle väljundvõimsust määravad ainult peakontrolleri käsud.
Juhtimisloogika:
1. Reaalajas jälgimine: Süsteemi peakontroller (või salvestusarvuti ise) jälgib väljundvõimsust (P_diisel) ja diiselgeneraatori suunda reaalajas väga suurel kiirusel (nt tuhandeid kordi sekundis).
2. Võimsuse seadistusväärtus: energiasalvestussüsteemi võimsuse seadistusväärtus (P_komplekt) peab vastama järgmistele tingimustele:P_koormus(kogukoormus) =P_diisel+P_komplekt.
3. Kiirreguleerimine: Kui koormus järsult väheneb, põhjustadesP_diiselNegatiivse trendi saavutamiseks peab kontroller mõne millisekundi jooksul saatma salvestussüsteemile käsu koheselt vähendada tühjendusvõimsust või lülituda neeldumisvõimsusele (laadimisele). See neelab liigse energia akudesse, tagadesP_diiseljääb positiivseks.
Tehnilised kaitsemeetmed:
- Kiire side: Diiselkontrolleri, salvestusarvutite juhtimissüsteemi ja süsteemi peakontrolleri vahel on vaja kiireid sideprotokolle (nt CAN-siin, kiire Ethernet), et tagada minimaalne käskude viivitus.
- PCS-i kiirreageerimine: Kaasaegsetel PCS-i salvestusseadmetel on toite reageerimisaeg palju kiirem kui 100 ms, sageli 10 ms piires, mistõttu need suudavad seda nõuet täielikult täita.
- Redundantne kaitse: Lisaks juhtühendusele paigaldatakse diiselgeneraatori väljundisse tavaliselt tagasivoolukaitserelee viimase riistvaralise barjäärina. Selle tööaeg võib aga olla paar sada millisekundit, seega toimib see peamiselt varukaitsena; põhiline kiirkaitse tugineb juhtimissüsteemile.

2. Pidev väljundvõimsus

Probleemi kirjeldus:
Diiselmootorid töötavad maksimaalse kütusesäästlikkuse ja madalaima heitkogusega koormusvahemikus umbes 60–80% oma nimivõimsusest. Madal koormus põhjustab „märja kuhjumise“ ja süsiniku ladestumist, samas kui suur koormus suurendab drastiliselt kütusekulu ja lühendab eluiga. Eesmärk on isoleerida diiselmootor koormuse kõikumistest, hoides seda stabiilsena efektiivsel seadeväärtusel.

Lahendus:

„Tipptaseme raseerimine ja orgu täitmine” kontrollistrateegia:
1. Baasvõimsuse seadistamine: diiselgeneraatori agregaati käitatakse konstantse väljundvõimsusega, mis on seatud optimaalsele efektiivsuspunktile (nt 70% nimivõimsusest).
2. Säilitamise eeskiri:
  - Kui koormusnõudlus > diislikütuse seadeväärtus: puudujääkvõimsus (P_koormus - P_diisel_komplekt) täiendab energiasalvestussüsteemi tühjendamine.
  - Kui koormustarve < diislikütuse seadeväärtus: liigne võimsus (P_diisel_komplekt - P_koormus) neelab energiasalvestussüsteem laadimise ajal.
Süsteemi eelised:
- Diiselmootor töötab ühtlaselt suure tõhususega ja sujuvalt, pikendades selle eluiga ja vähendades hoolduskulusid.
- Energiasalvestussüsteem silub drastilisi koormuse kõikumisi, ennetades sagedaste diiselkoormuse muutuste põhjustatud ebaefektiivsust ja kulumist.
- Üldine kütusekulu on märkimisväärselt vähenenud.

3. Energia salvestamise järsk lahtiühendamine

Probleemi kirjeldus:
Energiasalvestussüsteem võib aku rikke, arvuti peakomplekti rikke või kaitse rakendumise tõttu ootamatult võrguühenduseta olla. Salvestussüsteemi poolt varem töödeldud energia (olenemata sellest, kas see genereerib või tarbib) kantakse koheselt ja täielikult diiselgeneraatorile üle, tekitades tohutu voolušoki.

Riskid:

Kui akumulaator tühjenes (toetas koormust), siis selle lahtiühendamine kannab kogu koormuse diiselmootorile, mis võib põhjustada ülekoormust, sageduse (kiiruse) langust ja kaitsvat väljalülitust.
Kui aku laadis (neelas üleliigset energiat), siis selle lahtiühendamine jätab diiselmootori üleliigse energia kuhugi minema, mis võib põhjustada tagasivoolu ja ülepinget, mis omakorda käivitab seiskumise.

Lahendus:

Diiselmootoriga generaatori pöörlemisreserv: Diiselgeneraatori agregaati ei tohi dimensioneerida ainult selle optimaalse efektiivsuse punkti järgi. Sellel peab olema dünaamiline varuvõimsus. Näiteks kui süsteemi maksimaalne koormus on 1000 kW ja diisel töötab 700 kW võimsusega, peab diiselmootori nimivõimsus olema suurem kui 700 kW + suurim potentsiaalne astmeline koormus (või salvestusseadme maksimaalne võimsus), nt valitud on 1000 kW seade, mis pakub 300 kW puhvrit salvestusseadme rikke korral.
Kiire koormuse kontroll:
1. Süsteemi reaalajas jälgimine: jälgib pidevalt salvestussüsteemi olekut ja energiavoogu.
2. Rikke tuvastamine: Salvestusseadme ootamatu lahtiühendamise tuvastamisel saadab peakontroller kohe diiselkontrollerile kiire koormuse vähendamise signaali.
3. Diiselmootori reaktsioon: Diiselmootori regulaator reageerib kohe (nt vähendades kiiresti kütuse sissepritset), et proovida vähendada võimsust uue koormusega vastavusse viimiseks. Pöörlev reservvõimsus annab aega selle aeglasema mehaanilise reaktsiooni jaoks.
Viimane abinõu: koormuse vähendamine: kui voolulöök on diiselmootori jaoks liiga suur, on kõige usaldusväärsem kaitse mittekriitiliste koormuste vähendamine, seades esikohale kriitiliste koormuste ja generaatori enda ohutuse. Koormuse vähendamise skeem on süsteemi projekteerimisel oluline kaitsenõue.

4. Reaktiivvõimsuse probleem

Probleemi kirjeldus:
Reaktiivvõimsust kasutatakse magnetväljade loomiseks ja see on vahelduvvoolusüsteemides pinge stabiilsuse säilitamiseks ülioluline. Nii diiselgeneraator kui ka akumulaator-PCS peavad osalema reaktiivvõimsuse reguleerimises.

Diiselgeneraator: Reguleerib reaktiivvõimsust ja pinget, reguleerides ergastusvoolu. Selle reaktiivvõimsuse võimekus on piiratud ja reaktsioon on aeglane.
Salvestus-PCS: Enamik tänapäevaseid PCS-seadmeid on neljakvadrandilised, mis tähendab, et nad suudavad iseseisvalt ja kiiresti reaktiivvõimsust sisestada või neelata (eeldusel, et need ei ületa oma näivvõimsust kVA).

Väljakutse: kuidas koordineerida mõlemat, et tagada süsteemi pinge stabiilsus ilma kumbagi seadet üle koormamata.

Lahendus:

Kontrollistrateegiad:
1. Diisel reguleerib pinget: Diiselgeneraator on seatud V/F režiimile, mis vastutab süsteemi pinge ja sageduse referentsi määramise eest. See pakub stabiilset „pingeallikat“.
2. Ladustamine osaleb reaktiivses regulatsioonis (valikuline):
  - PQ-režiim: salvestusruum haldab ainult aktiivvõimsust (P), reaktiivvõimsusega (Q) nulli seatud. Diisel annab kogu reaktiivvõimsuse. See on lihtsaim meetod, kuid koormab diislikütust.
  - Reaktiivvõimsuse jaotusrežiim: süsteemi peakontroller saadab reaktiivvõimsuse käske (Q_komplekt) salvestussüsteemi PCS-ile vastavalt hetke pingetingimustele. Kui süsteemi pinge on madal, antakse salvestussüsteemile käsk reaktiivvõimsuse sisestamiseks; kui see on kõrge, antakse käsk reaktiivvõimsuse neeldamiseks. See vähendab diiselmootori koormust, võimaldades sellel keskenduda aktiivvõimsuse väljundile, pakkudes samal ajal peenemat ja kiiremat pinge stabiliseerimist.
  - Võimsusteguri (PF) juhtimisrežiim: Seadistatakse sihtvõimsustegur (nt 0,95) ja salvestusseade reguleerib automaatselt oma reaktiivväljundit, et säilitada diiselgeneraatori klemmidel konstantne üldine võimsustegur.
Mahtuvuse kaalutlused: Salvestussüsteemi väljundvõimsus (kVA) peab olema piisav. Näiteks 500 kW võimsusega väljundvõimsusega 400 kW aktiivvõimsust pakkuv väljundvõimsus võib pakkuda maksimaalseltruutkeskmine ühiku (500² - 400²) = 300 kVArreaktiivvõimsusest. Kui reaktiivvõimsuse nõudlus on suur, on vaja suuremat reaktiivvõimsuse lülitit (PCS).

Kokkuvõte

Diiselgeneraatori ja energiasalvestuse vahelise stabiilse ühenduse edukas saavutamine sõltub hierarhilisest juhtimisest:

Riistvarakiht: Valige kiire reageerimisega salvestus-PCS ja diiselgeneraatori kontroller kiirete sideliidestega.
Juhtimiskiht: Kasutab põhiarhitektuuri „Diisel määrab V/F, salvestussüsteem teeb PQ“. Kiire süsteemikontroller teostab reaalajas võimsusjaotust aktiivvõimsuse „tipptaseme vähendamiseks/oru täitmiseks“ ja reaktiivvõimsuse toetamiseks.
Kaitsekiht: Süsteemi disain peab sisaldama põhjalikke kaitseplaane: vastuvoolukaitset, ülekoormuskaitset ja koormuse juhtimise (isegi koormuse vähendamise) strateegiaid salvestusseadmete ootamatu lahtiühendamise korral.

Ülaltoodud lahenduste abil saab teie tõstatatud nelja põhiprobleemi tõhusalt lahendada, et luua tõhus, stabiilne ja usaldusväärne diiselmootoriga energiat salvestav hübriidtoitesüsteem.