Lajme - Analiza e problemit të lidhjes midis gjeneratorëve me naftë dhe ruajtjes së energjisë

Ja një shpjegim i detajuar në anglisht i katër çështjeve kryesore në lidhje me ndërlidhjen e gjeneratorëve me naftë dhe sistemeve të ruajtjes së energjisë. Ky sistem hibrid energjie (shpesh i quajtur mikrorrjet hibrid "Diesel + Magazinim") është një zgjidhje e përparuar për përmirësimin e efikasitetit, uljen e konsumit të karburantit dhe sigurimin e furnizimit të qëndrueshëm me energji, por kontrolli i tij është shumë kompleks.

Përmbledhje e Çështjeve Kryesore

Problemi i energjisë në kthim pas në 100ms: Si të parandalohet ruajtja e energjisë nga kthimi i energjisë në gjeneratorin me naftë, duke e mbrojtur atë kështu.
Prodhim konstant i fuqisë: Si ta mbani motorin dizel në punë të vazhdueshme në zonën e tij me efikasitet të lartë.
Shkëputje e papritur e sistemit të ruajtjes së energjisë: Si të përballoni ndikimin kur sistemi i ruajtjes së energjisë bie papritur nga rrjeti.
Problemi i Energjisë Reaktive: Si të koordinohet ndarja e energjisë reaktive midis dy burimeve për të siguruar stabilitetin e tensionit.

1. Problemi i energjisë së kundërt me 100ms

Përshkrimi i problemit:
Energjia e kundërt ndodh kur energjia elektrike rrjedh nga sistemi i ruajtjes së energjisë (ose ngarkesa) përsëri drejt grupit të gjeneratorit me naftë. Për motorin me naftë, kjo vepron si një "motor", që vë në lëvizje motorin. Kjo është jashtëzakonisht e rrezikshme dhe mund të çojë në:

Dëmtimi mekanik: Ngarkesa jonormale e motorit mund të dëmtojë komponentë si boshti i boshtit dhe shufrat lidhëse.
Paqëndrueshmëria e Sistemit: Shkakton luhatje në shpejtësinë (frekuencën) dhe tensionin e motorrit me naftë, duke çuar potencialisht në fikje.

Kërkesa për ta zgjidhur atë brenda 100ms ekziston sepse gjeneratorët me naftë kanë inerci të madhe mekanike dhe sistemet e tyre të rregullimit të shpejtësisë reagojnë ngadalë (zakonisht në rendin e sekondave). Ata nuk mund të mbështeten vetëm te vetja për të shtypur shpejt këtë rrjedhë elektrike të kundërt. Detyra duhet të trajtohet nga Sistemi i Konvertimit të Energjisë (PCS) i sistemit të ruajtjes së energjisë që përgjigjet shumë shpejt.

Zgjidhja:

Parimi Themelor: "Dizel fillon, depozitimi vjen pas." Në të gjithë sistemin, gjeneratori dizel vepron si burim referimi i tensionit dhe frekuencës (domethënë, modaliteti i kontrollit V/F), analog me "rrjetin". Sistemi i depozitimit të energjisë funksionon në Modalitetin e Kontrollit të Fuqisë Konstante (PQ), ku fuqia e tij dalëse përcaktohet vetëm nga komandat nga një kontrollues kryesor.
Logjika e Kontrollit:
1. Monitorimi në kohë reale: Kontrolluesi kryesor i sistemit (ose vetë PCS i ruajtjes) monitoron fuqinë e daljes (P_dizel) dhe drejtimin e gjeneratorit dizel në kohë reale me një shpejtësi shumë të lartë (p.sh., mijëra herë në sekondë).
2. Pika e Vendosur e Fuqisë: Pika e caktuar e fuqisë për sistemin e ruajtjes së energjisë (P_set) duhet të plotësojë:P_load(fuqia totale e ngarkesës) =P_dizel+P_set.
3. Rregullim i shpejtë: Kur ngarkesa zvogëlohet papritur, duke shkaktuarP_dizelpër të arritur një trend negativ, kontrolluesi duhet që brenda pak milisekondave të dërgojë një komandë në PCS-në e ruajtjes për të zvogëluar menjëherë fuqinë e shkarkimit ose për të kaluar në fuqinë thithëse (karikim). Kjo thith energjinë e tepërt në bateri, duke siguruar qëP_dizelmbetet pozitiv.
Masat mbrojtëse teknike:
- Komunikim me Shpejtësi të Lartë: Protokollet e komunikimit me shpejtësi të lartë (p.sh., CAN bus, fast Ethernet) kërkohen midis kontrolluesit të naftës, PCS-së së ruajtjes dhe kontrolluesit kryesor të sistemit për të siguruar vonesë minimale të komandës.
- Përgjigje e Shpejtë PCS: Njësitë moderne të ruajtjes PCS kanë kohë reagimi ndaj energjisë shumë më të shpejta se 100ms, shpesh brenda 10ms, duke i bërë ato plotësisht të afta për të përmbushur këtë kërkesë.
- Mbrojtje Redundante: Përtej lidhjes së kontrollit, një rele mbrojtëse e energjisë së kundërt zakonisht instalohet në daljen e gjeneratorit dizel si një barrierë përfundimtare harduerike. Megjithatë, koha e tij e funksionimit mund të jetë disa qindra milisekonda, kështu që shërben kryesisht si mbrojtje rezervë; mbrojtja e shpejtë thelbësore mbështetet në sistemin e kontrollit.

2. Prodhim konstant i fuqisë

Përshkrimi i problemit:
Motorët me naftë funksionojnë me efikasitet maksimal të karburantit dhe emetime më të ulëta brenda një diapazoni ngarkese prej afërsisht 60%-80% të fuqisë së tyre të vlerësuar. Ngarkesat e ulëta shkaktojnë "grumbullim të lagësht" dhe akumulim karboni, ndërsa ngarkesat e larta rrisin në mënyrë drastike konsumin e karburantit dhe zvogëlojnë jetëgjatësinë. Qëllimi është të izolohet nafta nga luhatjet e ngarkesës, duke e mbajtur atë të qëndrueshëm në një pikë të caktuar efikase.

Zgjidhja:

Strategjia e Kontrollit "Rruajtja e Majës dhe Mbushja e Luginës":
1. Pika Bazë e Vendosur: Seti i gjeneratorit me naftë funksionon me një fuqi dalëse konstante të vendosur në pikën e tij optimale të efikasitetit (p.sh., 70% e fuqisë nominale).
2. Rregullorja e ruajtjes:
  - Kur Kërkesa e Ngarkesës > Pika e Caktimit të Dizelit: Fuqia e mangët (P_load - P_diesel_set) plotësohet nga shkarkimi i sistemit të ruajtjes së energjisë.
  - Kur Kërkesa e Ngarkesës < Pika e Vendosur e Dizelit: Fuqia e tepërt (P_dizel_set - P_load) absorbohet nga karikimi i sistemit të ruajtjes së energjisë.
Përfitimet e sistemit:
- Motori dizel punon vazhdimisht me efikasitet të lartë, pa probleme, duke zgjatur jetëgjatësinë e tij dhe duke ulur kostot e mirëmbajtjes.
- Sistemi i ruajtjes së energjisë zbut luhatjet drastike të ngarkesës, duke parandaluar joefikasitetin dhe konsumimin e shkaktuar nga ndryshimet e shpeshta të ngarkesës së motorit me naftë.
- Konsumi i përgjithshëm i karburantit është ulur ndjeshëm.

3. Shkëputje e papritur e ruajtjes së energjisë

Përshkrimi i problemit:
Sistemi i ruajtjes së energjisë mund të bjerë papritur nga puna për shkak të dështimit të baterisë, defektit të PCS ose ndërprerjeve të mbrojtjes. Energjia që më parë trajtohej nga magazinimi (qoftë gjeneruese apo konsumuese) transferohet menjëherë tërësisht në gjeneratorin me naftë, duke krijuar një goditje të madhe energjie.

Rreziqet:

Nëse depozita po shkarkonte (duke mbështetur ngarkesën), shkëputja e saj transferon ngarkesën e plotë te motori me naftë, duke shkaktuar potencialisht mbingarkesë, rënie të frekuencës (shpejtësisë) dhe fikje mbrojtëse.
Nëse depozituesi po karikohej (duke thithur energji të tepërt), shkëputja e tij e lë energjinë e tepërt të motorit me naftë pa vend ku të shkojë, duke shkaktuar potencialisht energji të kundërt dhe mbitension, duke shkaktuar gjithashtu një fikje.

Zgjidhja:

Rezerva e Rrotullimit Anësor të Dizelit: Seti i gjeneratorit me dizel nuk duhet të dimensionohet vetëm për pikën e tij optimale të efikasitetit. Ai duhet të ketë kapacitet rezervë dinamik. Për shembull, nëse ngarkesa maksimale e sistemit është 1000 kW dhe motori me dizel funksionon me 700 kW, kapaciteti i vlerësuar i motorit me dizel duhet të jetë më i madh se 700 kW + ngarkesa më e madhe potenciale hap pas hapi (ose fuqia maksimale e magazinimit), p.sh., një njësi e zgjedhur 1000 kW, siguron një bufer prej 300 kW për një dështim të magazinimit.
Kontroll i shpejtë i ngarkesës:
1. Monitorimi i Sistemit në Kohë Reale: Monitoron vazhdimisht statusin dhe rrjedhën e energjisë së sistemit të ruajtjes.
2. Zbulimi i defektit: Me zbulimin e një shkëputjeje të papritur të magazinimit, kontrolluesi kryesor dërgon menjëherë një sinjal të reduktimit të shpejtë të ngarkesës te kontrolluesi i naftës.
3. Përgjigja e motorit të naftës: Kontrolluesi i motorit të naftës vepron menjëherë (p.sh., duke ulur me shpejtësi injektimin e karburantit) për të provuar të ulë fuqinë që të përputhet me ngarkesën e re. Kapaciteti rezervë i rrotullimit blen kohë për këtë përgjigje mekanike më të ngadaltë.
Mundësia e Fundit: Shkurtimi i Ngarkesës: Nëse goditja e energjisë është shumë e madhe për motorin dizel për t'u përballuar, mbrojtja më e besueshme është të shkurorëzohen ngarkesat jo-kritike, duke i dhënë përparësi sigurisë së ngarkesave kritike dhe vetë gjeneratorit. Një skemë e shkurtimit të ngarkesës është një kërkesë thelbësore mbrojtjeje në projektimin e sistemit.

4. Problemi i energjisë reaktive

Përshkrimi i problemit:
Fuqia reaktive përdoret për të krijuar fusha magnetike dhe është thelbësore për ruajtjen e stabilitetit të tensionit në sistemet AC. Si gjeneratori me naftë ashtu edhe PCS-i i magazinimit duhet të marrin pjesë në rregullimin e fuqisë reaktive.

Gjeneratori Dizel: Kontrollon daljen e fuqisë reaktive dhe tensionin duke rregulluar rrymën e ngacmimit. Aftësia e tij për fuqi reaktive është e kufizuar dhe përgjigja e tij është e ngadaltë.
PCS-të e magazinimit: Shumica e njësive moderne PCS janë me katër kuadrantë, që do të thotë se ato mund të injektojnë ose thithin në mënyrë të pavarur dhe të shpejtë energji reaktive (me kusht që të mos e tejkalojnë vlerësimin e tyre të dukshëm të fuqisë kVA).

Sfida: Si të koordinohen të dyja për të siguruar stabilitetin e tensionit të sistemit pa mbingarkuar asnjërën njësi.

Zgjidhja:

Strategjitë e Kontrollit:
1. Dizel Rregullon Tensionin: Seti i gjeneratorit dizel është vendosur në modalitetin V/F, përgjegjës për përcaktimin e referencës së tensionit dhe frekuencës së sistemit. Ai siguron një "burim tensioni" të qëndrueshëm.
2. Magazinimi merr pjesë në rregullimin reaktiv (Opsional):
  - Modaliteti PQ: Memoria trajton vetëm energjinë aktive (P), me fuqi reaktive (Q) vendosur në zero. Motori dizel siguron të gjithë fuqinë reaktive. Kjo është metoda më e thjeshtë, por e ngarkon motorin dizel.
  - Modaliteti i Dispeçimit të Energjisë Reaktive: Kontrolluesi kryesor i sistemit dërgon komanda të energjisë reaktive (Q_set) në PCS-në e magazinimit bazuar në kushtet e tensionit aktual. Nëse tensioni i sistemit është i ulët, urdhëroni magazinimin të injektojë energji reaktive; nëse është i lartë, urdhëroni atë të thithë energji reaktive. Kjo lehtëson ngarkesën mbi naftën, duke i lejuar asaj të përqendrohet në prodhimin e fuqisë aktive, ndërkohë që siguron një stabilizim më të imët dhe më të shpejtë të tensionit.
  - Modaliteti i Kontrollit të Faktorit të Fuqisë (FF): Vendoset një faktor i fuqisë së synuar (p.sh., 0.95) dhe ruajtësi automatikisht rregullon daljen e tij reaktive për të ruajtur një faktor të përgjithshëm të fuqisë konstant në terminalet e gjeneratorit me naftë.
Konsiderimi i Kapacitetit: PCS-ja e magazinimit duhet të jetë e dimensionuar me kapacitet të mjaftueshëm të dukshëm të fuqisë (kVA). Për shembull, një PCS 500kW që prodhon 400kW fuqi aktive mund të ofrojë një maksimum prejsqrt (500² - 400²) = 300kVArtë fuqisë reaktive. Nëse kërkesa për fuqi reaktive është e lartë, kërkohet një PCS më i madh.

Përmbledhje

Arritja me sukses e një ndërlidhjeje të qëndrueshme midis një gjeneratori dizel dhe ruajtjes së energjisë varet nga kontrolli hierarkik:

Shtresa e Hardware-it: Zgjidhni një PCS të magazinimit me reagim të shpejtë dhe një kontrollues të gjeneratorit dizel me ndërfaqe komunikimi me shpejtësi të lartë.
Shtresa e Kontrollit: Përdor një arkitekturë themelore të "Nafte përcakton V/F, Magazinimi bën PQ". Një kontrollues sistemi me shpejtësi të lartë kryen shpërndarjen e energjisë në kohë reale për "korrjen e pikut/mbushjen e luginës" të fuqisë aktive dhe mbështetjen e fuqisë reaktive.
Shtresa e Mbrojtjes: Dizajni i sistemit duhet të përfshijë plane gjithëpërfshirëse mbrojtjeje: mbrojtje nga energjia e kundërt, mbrojtje nga mbingarkesa dhe strategji të kontrollit të ngarkesës (madje edhe ndërprerjes së ngarkesës) për të trajtuar shkëputjen e papritur të magazinimit.

Përmes zgjidhjeve të përshkruara më sipër, katër çështjet kryesore që ngritët mund të adresohen në mënyrë efektive për të ndërtuar një sistem energjie hibrid me magazinim energjie dizel-energjie efikas, të qëndrueshëm dhe të besueshëm.