Жаңалықтар - Дизельдік генератор қондырғылары мен энергияны сақтау арасындағы байланыс мәселесін талдау

Мұнда дизельдік генератор қондырғылары мен энергия сақтау жүйелерін өзара қосуға қатысты төрт негізгі мәселенің толық ағылшынша түсіндірмесі берілген. Бұл гибридті энергия жүйесі (көбінесе «Дизель + сақтау» гибридті микроторы деп аталады) тиімділікті арттыруға, отын шығынын азайтуға және тұрақты электрмен жабдықтауды қамтамасыз етуге арналған жетілдірілген шешім болып табылады, бірақ оны басқару өте күрделі.

Негізгі мәселелерге шолу

100 мс кері қуат мәселесі: дизельдік генераторға кері қуат беруден энергияны сақтауды қалай болдырмауға болады, осылайша оны қорғайды.
Тұрақты қуат шығысы: дизельді қозғалтқышты жоғары тиімділік аймағында қалай тұрақты жұмыс істеуге болады.
Энергияны сақтаудың кенеттен ажыратылуы: Энергияны сақтау жүйесі желіден кенет құлаған кезде әсерді қалай өңдеуге болады.
Реактивті қуат мәселесі: кернеу тұрақтылығын қамтамасыз ету үшін екі көз арасында реактивті қуатты бөлуді қалай үйлестіруге болады.

1. 100 мс кері қуат мәселесі

Мәселе сипаттамасы:
Кері қуат электр энергиясы энергияны сақтау жүйесінен (немесе жүктемеден) дизельдік генератор қондырғысына кері ағып кеткенде пайда болады. Дизельдік қозғалтқыш үшін бұл қозғалтқышты басқаратын «мотор» сияқты әрекет етеді. Бұл өте қауіпті және мыналарға әкелуі мүмкін:

Механикалық зақымдану: Қозғалтқыштың қалыптан тыс жүруі иінді білік пен шатундар сияқты құрамдастарды зақымдауы мүмкін.
Жүйенің тұрақсыздығы: дизельдік қозғалтқыштың айналу жиілігінің (жиілік) және кернеуінің ауытқуына әкеліп соғады, бұл ықтимал тоқтап қалуға әкеледі.

Оны 100 мс ішінде шешу талабы бар, себебі дизельдік генераторлар үлкен механикалық инерцияға ие және олардың жылдамдықты реттейтін жүйелері баяу жауап береді (әдетте секундтар тәртібімен). Олар бұл электрлік кері ағынды тез басу үшін өздеріне сене алмайды. Тапсырманы энергия сақтау жүйесінің өте жылдам жауап беретін қуатты түрлендіру жүйесі (PCS) орындауы керек.

Шешімі:

Негізгі қағида: «Дизель жетекшілік етеді, сақтау кейіннен». Бүкіл жүйеде дизельдік генератор жинағы «торға» ұқсас кернеу мен жиіліктің анықтамалық көзі (яғни, V/F басқару режимі) ретінде әрекет етеді. Энергияны сақтау жүйесі тұрақты қуат (PQ) басқару режимінде жұмыс істейді, мұнда оның шығыс қуаты тек басты контроллердің пәрмендері арқылы анықталады.
Басқару логикасы:
1. Нақты уақыттағы бақылау: Жүйенің негізгі контроллері (немесе сақтау компьютерінің өзі) шығыс қуатын бақылайды (P_diesel) және дизельдік генератордың бағыты нақты уақытта өте жоғары жылдамдықта (мысалы, секундына мыңдаған рет).
2. Қуат параметрі: Қуатты сақтау жүйесіне арналған қуат параметрі (P_set) қанағаттандыруы керек:P_load(жалпы жүктеме қуаты) =P_diesel+P_set.
3. Жылдам реттеу: жүктеме кенеттен төмендегенде, тудыратынP_dieselтеріс трендке жету үшін контроллер бірнеше миллисекунд ішінде компьютердің сақтау құрылғысына оның разрядтау қуатын дереу азайту немесе сіңіру қуатына (зарядтау) ауысу пәрменін жіберуі керек. Бұл артық энергияны батареяларға сіңіріп, қамтамасыз етедіP_dieselоң болып қалады.
Техникалық қауіпсіздік шаралары:
- Жоғары жылдамдықты байланыс: командалық кідірістің аз болуын қамтамасыз ету үшін дизельдік контроллер, сақтау PCS және жүйелік негізгі контроллер арасында жоғары жылдамдықты байланыс протоколдары (мысалы, CAN шинасы, жылдам Ethernet) қажет.
- PCS Rapid Response: Заманауи сақтау PCS құрылғыларының қуатқа жауап беру уақыттары 100 мс-тен әлдеқайда жылдам, көбінесе 10 мс шегінде болады, бұл оларды осы талапты толығымен орындауға қабілетті етеді.
- Артық қорғаныс: Басқару желісінен тыс, әдетте дизельдік генератордың шығысында соңғы аппараттық кедергі ретінде кері қуаттан қорғау релесі орнатылады. Дегенмен, оның жұмыс уақыты бірнеше жүз миллисекунд болуы мүмкін, сондықтан ол ең алдымен резервтік қорғаныс ретінде қызмет етеді; негізгі жылдам қорғау басқару жүйесіне сүйенеді.

2. Тұрақты қуат шығысы

Мәселе сипаттамасы:
Дизельдік қозғалтқыштар ең жоғары отын тиімділігімен және ең аз шығарындылармен олардың номиналды қуатының шамамен 60%-80% жүктеме ауқымында жұмыс істейді. Төмен жүктемелер «дымқыл қабаттасуды» және көміртектің жиналуын тудырады, ал жоғары жүктемелер отын шығынын күрт арттырады және қызмет ету мерзімін қысқартады. Мақсат - дизельді жүктеменің ауытқуынан оқшаулау, оны тиімді белгіленген мәнде тұрақты ұстау.

Шешімі:

«Шың қырыну және алқапты толтыру» бақылау стратегиясы:
1. Базалық нүктені орнату: Дизельдік генератор жинағы оңтайлы тиімділік нүктесінде орнатылған тұрақты қуат шығысында жұмыс істейді (мысалы, номиналды қуаттың 70%).
2. Сақтау ережесі:
  - Жүктемеге сұраныс > Дизельді орнату нүктесі: жетіспейтін қуат (P_load - P_diesel_set) энергия сақтау жүйесінің разрядымен толықтырылады.
  - Жүктеме сұранысы < Дизельді орнату нүктесі: артық қуат (P_diesel_set - P_load) энергия сақтау жүйесін зарядтау арқылы жұтылады.
Жүйенің артықшылықтары:
- Дизельдік қозғалтқыш тұрақты түрде жоғары тиімділікпен, біркелкі жұмыс істейді, оның қызмет ету мерзімін ұзартады және техникалық қызмет көрсету шығындарын азайтады.
- Энергияны сақтау жүйесі дизель жүктемесінің жиі өзгеруінен туындаған тиімсіздік пен тозудың алдын алып, жүктеменің күрт ауытқуын тегістейді.
- Жалпы отын шығыны айтарлықтай төмендейді.

3. Энергияны сақтаудың кенеттен ажыратылуы

Мәселе сипаттамасы:
Энергияны сақтау жүйесі батареяның істен шығуына, PCS ақаулығына немесе қорғаныс сапарларына байланысты кенеттен желіден шығып кетуі мүмкін. Бұрын қоймамен өңделген қуат (генерацияланатын немесе тұтынатын) толығымен дизельдік генератор жинағына бірден беріледі, бұл үлкен қуат соғуын тудырады.

Тәуекелдер:

Егер қойма зарядсыздандырылса (жүктемені қолдайтын), оны ажырату толық жүктемені дизельге береді, бұл шамадан тыс жүктемені, жиілікті (жылдамдықты) төмендетуді және қорғанысты өшіруді тудыруы мүмкін.
Жад зарядталып жатқан болса (артық қуатты жұтып), оны ажырату дизельдің артық қуатын ешқайда қалдырмайды, бұл кері қуат пен шамадан тыс кернеуді тудыруы мүмкін, сонымен қатар өшіруді тудырады.

Шешімі:

Дизельді бүйірлік айналдыру резерві: дизельдік генератор жинағы тек оның оңтайлы тиімділік нүктесі үшін ғана өлшемде болмауы керек. Оның динамикалық резервтік сыйымдылығы болуы керек. Мысалы, жүйенің максималды жүктемесі 1000 кВт болса және дизель 700 кВт жұмыс істесе, дизельдің номиналды қуаты 700 кВт + ең үлкен ықтимал қадамдық жүктемеден (немесе қойманың максималды қуаты) жоғары болуы керек, мысалы, сақтау ақаулығы үшін 300 кВт буферді қамтамасыз ететін таңдалған 1000 кВт құрылғы.
Жылдам жүктемені басқару:
1. Жүйені нақты уақыт режимінде бақылау: сақтау жүйесінің күйі мен қуат ағынын үздіксіз бақылайды.
2. Ақаулықты анықтау: жадтың кенеттен ажыратылуын анықтаған кезде, басты контроллер дизель контроллеріне жылдам жүктемені азайту сигналын дереу жібереді.
3. Дизель реакциясы: Дизельдік контроллер жаңа жүктемеге сәйкес қуатты азайтуға тырысу үшін дереу әрекет етеді (мысалы, отын бүркуін жылдам азайту). Айналдыру резервінің сыйымдылығы осы баяу механикалық жауап үшін уақытты сатып алады.
Соңғы демалыс орны: Жүктеменің төгілуі: Егер дизельді өңдеуге болатын қуат соғуы тым үлкен болса, ең сенімді қорғаныс сыни жүктемелердің және генератордың қауіпсіздігіне басымдық бере отырып, маңызды емес жүктемелерді төгу болып табылады. Жүктемені түсіру схемасы жүйені жобалаудағы маңызды қорғаныс талабы болып табылады.

4. Реактивті қуат мәселесі

Мәселе сипаттамасы:
Реактивті қуат магнит өрістерін орнату үшін пайдаланылады және айнымалы ток жүйелеріндегі кернеу тұрақтылығын сақтау үшін өте маңызды. Дизельдік генератор да, сақтау құрылғысы да реактивті қуатты реттеуге қатысуы керек.

Дизельдік генератор: қоздыру тогын реттеу арқылы реактивті қуат шығысын және кернеуді басқарады. Оның реактивті қуат мүмкіндігі шектеулі, ал реакциясы баяу.
Сақтау PCS: Қазіргі заманғы PCS қондырғыларының көпшілігі төрт квадрантты болып табылады, яғни олар реактивті қуатты дербес және жылдам енгізе алады немесе сіңіре алады (егер олар кВА көрінетін қуат номинациясынан аспаса).

Қиындық: құрылғының шамадан тыс жүктелуінсіз жүйе кернеуінің тұрақтылығын қамтамасыз ету үшін екеуін де қалай үйлестіруге болады.

Шешімі:

Бақылау стратегиялары:
1. Дизель кернеуін реттейді: Дизельдік генератор жинағы жүйенің кернеуі мен жиілік анықтамасын орнатуға жауап беретін V/F режиміне орнатылған. Ол тұрақты «кернеу көзін» қамтамасыз етеді.
2. Сақтау Реактивті реттеуге қатысады (міндетті емес):
  - PQ режимі: жад тек белсенді қуатты өңдейді (P), реактивті қуатпен (Q) нөлге орнатыңыз. Дизель барлық реактивті қуатты қамтамасыз етеді. Бұл ең қарапайым әдіс, бірақ дизельге ауыртпалық түсіреді.
  - Реактивті қуатты жіберу режимі: Жүйенің негізгі контроллері реактивті қуат пәрмендерін жібереді (Q_жиыны) ағымдағы кернеу жағдайларына негізделген сақтау PCS. Жүйе кернеуі төмен болса, қоймаға реактивті қуатты енгізуді бұйырыңыз; жоғары болса, оған реактивті қуатты сіңіруді бұйырыңыз. Бұл дизельге түсетін жүктемені жеңілдетеді, ол кернеуді неғұрлым жақсы және жылдам тұрақтандыруды қамтамасыз ете отырып, белсенді қуат шығысына назар аударуға мүмкіндік береді.
  - Қуат факторын (ҚФ) басқару режимі: мақсатты қуат коэффициенті (мысалы, 0,95) орнатылады және қойма дизель генераторының терминалдарында тұрақты жалпы қуат коэффициентін сақтау үшін өзінің реактивті шығысын автоматты түрде реттейді.
Сыйымдылықты қарастыру: ДК сақтау құрылғысы жеткілікті көрінетін қуат сыйымдылығымен (кВА) өлшемді болуы керек. Мысалы, 400 кВт белсенді қуатты шығаратын 500 кВт PCS максимум қамтамасыз ете алады.шаршы (500² - 400²) = 300кВарреактивті қуат. Реактивті қуат сұранысы жоғары болса, үлкенірек PCS қажет.

Түйіндеме

Иерархиялық басқаруға байланысты дизельдік генератор жинағы мен энергияны сақтау топсаларының арасындағы тұрақты байланысқа сәтті қол жеткізу:

Аппараттық қабат: жылдам жауап беретін сақтау PCS және жоғары жылдамдықты байланыс интерфейстері бар дизельдік генератор контроллерін таңдаңыз.
Басқару деңгейі: «Дизель V/F жинайды, сақтау PQ жасайды» негізгі архитектурасын қолданыңыз. Жоғары жылдамдықты жүйе контроллері белсенді қуат «ең жоғары қырыну/ алқапты толтыру» және реактивті қуатты қолдау үшін нақты уақытта қуат жіберуді орындайды.
Қорғау қабаты: Жүйе дизайны кешенді қорғаныс жоспарларын қамтуы керек: кері қуаттан қорғау, шамадан тыс жүктемеден қорғау және сақтаудың кенеттен ажыратылуын өңдеу үшін жүктемені бақылау (тіпті жүктемені азайту) стратегиялары.

Жоғарыда сипатталған шешімдер арқылы сіз көтерген төрт негізгі мәселені тиімді, тұрақты және сенімді дизель-энергияны сақтайтын гибридті қуат жүйесін құру үшін тиімді шешуге болады.