Dīzeļģeneratoru agregātu un enerģijas uzglabāšanas savienojuma problēmas analīze

Šeit ir sniegts detalizēts skaidrojums angļu valodā par četriem galvenajiem jautājumiem saistībā ar dīzeļģeneratoru agregātu un enerģijas uzkrāšanas sistēmu savstarpēju savienošanu. Šī hibrīdenerģijas sistēma (bieži saukta par “Dīzeļdegviela + Uzkrāšana” hibrīdmikrotīklu) ir uzlabots risinājums efektivitātes uzlabošanai, degvielas patēriņa samazināšanai un stabilas elektroapgādes nodrošināšanai, taču tās vadība ir ļoti sarežģīta.

Galveno problēmu pārskats

1. 100 ms reversās jaudas problēma: kā novērst enerģijas krātuves enerģijas atpakaļpiegādi dīzeļģeneratoram, tādējādi to aizsargājot.
2. Pastāvīga jauda: kā nodrošināt dīzeļdzinēja pastāvīgu darbību tā augstas efektivitātes zonā.
3. Pēkšņa enerģijas uzkrāšanas sistēmas atvienošanās: kā rīkoties, ja enerģijas uzkrāšanas sistēma pēkšņi atvienojas no tīkla.
4. Reaktīvās jaudas problēma: Kā koordinēt reaktīvās jaudas sadali starp abiem avotiem, lai nodrošinātu sprieguma stabilitāti.

1. 100 ms apgrieztās jaudas problēma

Problēmas apraksts:
Reversā jauda rodas, kad elektriskā enerģija plūst no enerģijas uzkrāšanas sistēmas (vai slodzes) atpakaļ uz dīzeļģeneratora agregātu. Dīzeļdzinējam tas darbojas kā "motors", kas darbina dzinēju. Tas ir ārkārtīgi bīstami un var izraisīt:

• Mehāniski bojājumi: Neparasta dzinēja darbība var sabojāt tādas detaļas kā kloķvārpsta un klaņi.
• Sistēmas nestabilitāte: izraisa dīzeļdzinēja ātruma (frekvences) un sprieguma svārstības, kas var izraisīt tā izslēgšanu.

Prasība to atrisināt 100 ms laikā pastāv tāpēc, ka dīzeļģeneratoriem ir liela mehāniskā inerce un to ātruma regulēšanas sistēmas reaģē lēni (parasti dažu sekunžu laikā). Tie nevar paļauties uz sevi, lai ātri nomāktu šo elektrisko pretplūsmu. Šis uzdevums jāveic enerģijas uzkrāšanas sistēmas īpaši ātri reaģējošajai jaudas pārveidošanas sistēmai (PCS).

Risinājums:

• Pamatprincips: “Dīzeļdegviela ved, tai seko uzglabāšana.” Visā sistēmā dīzeļģeneratora agregāts darbojas kā sprieguma un frekvences atsauces avots (t. i., V/F vadības režīms), analogi “tīklam”. Enerģijas uzglabāšanas sistēma darbojas nemainīgas jaudas (PQ) vadības režīmā, kur tās izejas jaudu nosaka tikai galvenā kontrollera komandas.
• Vadības loģika:
  1. Reāllaika uzraudzība: Sistēmas galvenais kontrolieris (vai pati krātuves PCS) uzrauga izejas jaudu (Dīzelis) un dīzeļģeneratora virzienu reāllaikā ar ļoti lielu ātrumu (piemēram, tūkstošiem reižu sekundē).
  2. Jaudas iestatījuma vērtība: enerģijas uzkrāšanas sistēmas jaudas iestatījuma vērtība (P_iestatījums) jāatbilst:P_slodze(kopējā slodzes jauda) =Dīzelis+P_iestatījums.
  3. Ātra regulēšana: Kad slodze pēkšņi samazinās, izraisotDīzelisLai tendence būtu negatīva, kontrolierim dažu milisekunžu laikā ir jānosūta komanda uz uzglabāšanas PCS, lai nekavējoties samazinātu izlādes jaudu vai pārslēgtos uz absorbējošu jaudu (uzlādi). Tas absorbē lieko enerģiju akumulatoros, nodrošinotDīzelisjoprojām ir pozitīvs.
• Tehniskie drošības pasākumi:
  • Ātrdarbīga komunikācija: Lai nodrošinātu minimālu komandu aizkavi, starp dīzeļdzinēja kontrolieri, uzglabāšanas datoru vadības sistēmu (PCS) un sistēmas galveno kontrolieri ir nepieciešami ātrdarbīgi komunikācijas protokoli (piemēram, CAN kopne, ātrais Ethernet).
  • PCS ātrā reaģēšana: Mūsdienu PCS atmiņas ierīču jaudas reaģēšanas laiks ir daudz ātrāks par 100 ms, bieži vien 10 ms robežās, padarot tās pilnībā spējīgas izpildīt šo prasību.
  • Redundantā aizsardzība: Papildus vadības saitei dīzeļģeneratora izejā parasti tiek uzstādīts atpakaļgaitas jaudas aizsardzības relejs kā galīgā aparatūras barjera. Tomēr tā darbības laiks var būt daži simti milisekundes, tāpēc tas galvenokārt kalpo kā rezerves aizsardzība; galvenā ātrā aizsardzība ir atkarīga no vadības sistēmas.

2. Pastāvīga jauda

Problēmas apraksts:
Dīzeļdzinēji darbojas ar maksimālu degvielas ekonomiju un viszemākajiem izmešiem slodzes diapazonā aptuveni 60–80% no to nominālās jaudas. Zema slodze izraisa “slapjo sakraušanos” un oglekļa uzkrāšanos, savukārt liela slodze ievērojami palielina degvielas patēriņu un saīsina kalpošanas laiku. Mērķis ir izolēt dīzeļdzinēju no slodzes svārstībām, saglabājot tā stabilitāti efektīvā iestatījumā.

Risinājums:

• Kontroles stratēģija “Pīķa skūšana un ieleju aizpildīšana”:
  1. Iestatītā bāzes vērtība: dīzeļģeneratora agregāts darbojas ar nemainīgu jaudu, kas iestatīta tā optimālajā efektivitātes punktā (piemēram, 70% no nominālās jaudas).
  2. Uzglabāšanas noteikumi:
     • Kad slodzes pieprasījums > dīzeļdegvielas iestatījuma vērtība: nepietiekamā jauda (P_slodze - P_dīzeļdegvielas_komplekts) papildina enerģijas uzkrāšanas sistēmas izlāde.
     • Kad slodzes pieprasījums < dīzeļdegvielas iestatītā vērtība: jaudas pārpalikums (P_dīzeļdegvielas_komplekts - P_slodze) tiek absorbēts enerģijas uzkrāšanas sistēmas uzlādes laikā.
• Sistēmas priekšrocības:
  • Dīzeļdzinējs darbojas vienmērīgi ar augstu efektivitāti un vienmērīgi, pagarinot tā kalpošanas laiku un samazinot apkopes izmaksas.
  • Enerģijas uzkrāšanas sistēma izlīdzina krasas slodzes svārstības, novēršot neefektivitāti un nodilumu, ko izraisa biežas dīzeļdegvielas slodzes izmaiņas.
  • Kopējais degvielas patēriņš ir ievērojami samazināts.

3. Enerģijas uzglabāšanas pēkšņa atvienošana

Problēmas apraksts:
Enerģijas uzkrāšanas sistēma var pēkšņi pārstāt darboties akumulatora atteices, PCS kļūmes vai aizsardzības izslēgšanas dēļ. Enerģija, ko iepriekš apstrādāja uzglabāšanas sistēma (neatkarīgi no tā, vai tā ģenerēja vai patērēja), tiek nekavējoties pilnībā pārnesta uz dīzeļģeneratora agregātu, radot milzīgu jaudas triecienu.

Riski:

• Ja krātuve izlādējās (atbalstīja slodzi), tās atvienošana pārnes visu slodzi uz dīzeļdegvielu, potenciāli izraisot pārslodzi, frekvences (ātruma) kritumu un aizsargizslēgšanos.
• Ja akumulators uzlādējās (absorbēja lieko jaudu), tā atvienošana atstāj dīzeļdzinēja lieko jaudu bez iespējas to izmantot, potenciāli izraisot reversu jaudu un pārspriegumu, kas arī izraisa izslēgšanu.

Risinājums:

• Dīzeļdegvielas puses griešanās rezerve: Dīzeļģeneratora agregāta jaudu nedrīkst noteikt tikai atbilstoši tā optimālajam efektivitātes punktam. Tam ir jābūt dinamiski rezerves jaudai. Piemēram, ja maksimālā sistēmas slodze ir 1000 kW un dīzeļdegviela darbojas ar 700 kW jaudu, dīzeļdegvielas nominālajai jaudai jābūt lielākai par 700 kW + lielāko potenciālo pakāpenisko slodzi (vai krātuves maksimālo jaudu), piemēram, izvēloties 1000 kW iekārtu, kas nodrošina 300 kW buferi krātuves atteices gadījumā.
• Ātra ielādes kontrole:
  1. Sistēmas uzraudzība reāllaikā: Nepārtraukti uzrauga uzglabāšanas sistēmas statusu un enerģijas plūsmu.
  2. Kļūmes noteikšana: konstatējot pēkšņu uzglabāšanas atvienošanos, galvenais kontrolieris nekavējoties nosūta ātras slodzes samazināšanas signālu dīzeļdegvielas kontrolierim.
  3. Dīzeļdzinēja reakcija: Dīzeļdzinēja regulators rīkojas nekavējoties (piemēram, strauji samazinot degvielas iesmidzināšanu), lai mēģinātu samazināt jaudu atbilstoši jaunajai slodzei. Rotējošā rezerves jauda dod laiku šai lēnākajai mehāniskajai reakcijai.
• Pēdējais līdzeklis: slodzes samazināšana: ja jaudas trieciens ir pārāk liels, lai dīzeļdegviela to izturētu, visuzticamākā aizsardzība ir samazināt nekritiskās slodzes, prioritāti piešķirot kritisko slodžu un paša ģeneratora drošībai. Slodzes samazināšanas shēma ir būtiska aizsardzības prasība sistēmas projektēšanā.

4. Reaktīvās jaudas problēma

Problēmas apraksts:
Reaktīvā jauda tiek izmantota magnētisko lauku radīšanai, un tai ir izšķiroša nozīme sprieguma stabilitātes uzturēšanā maiņstrāvas sistēmās. Gan dīzeļģeneratoram, gan uzglabāšanas sistēmai (PCS) ir jāpiedalās reaktīvās jaudas regulēšanā.

• Dīzeļģenerators: kontrolē reaktīvās jaudas izeju un spriegumu, pielāgojot ierosmes strāvu. Tā reaktīvās jaudas iespējas ir ierobežotas, un tā reakcija ir lēna.
• Uzglabāšanas PCS: Lielākā daļa mūsdienu PCS iekārtu ir četru kvadrantu, kas nozīmē, ka tās var neatkarīgi un ātri ievadīt vai absorbēt reaktīvo jaudu (ar nosacījumu, ka tās nepārsniedz savu šķietamo jaudu kVA).

Izaicinājums: Kā koordinēt abus, lai nodrošinātu sistēmas sprieguma stabilitāti, nepārslogojot nevienu no ierīcēm.

Risinājums:

• Kontroles stratēģijas:
  1. Dīzeļdegviela regulē spriegumu: dīzeļģeneratora agregāts ir iestatīts V/F režīmā, kas ir atbildīgs par sistēmas sprieguma un frekvences atskaites noteikšanu. Tas nodrošina stabilu “sprieguma avotu”.
  2. Uzglabāšana piedalās reaktīvajā regulācijā (pēc izvēles):
     • PQ režīms: Krātuve apstrādā tikai aktīvo jaudu (P), ar reaktīvo jaudu (Q) iestatīts uz nulli. Dīzeļdegviela nodrošina visu reaktīvo jaudu. Šī ir vienkāršākā metode, bet tā noslogo dīzeļdegvielu.
     • Reaktīvās jaudas nosūtīšanas režīms: sistēmas galvenais kontrolieris nosūta reaktīvās jaudas komandas (Q_set) uz uzglabāšanas PCS, pamatojoties uz pašreizējiem sprieguma apstākļiem. Ja sistēmas spriegums ir zems, dodiet komandu uzglabāšanai ievadīt reaktīvo jaudu; ja augsts, dodiet komandu absorbēt reaktīvo jaudu. Tas atvieglo dīzeļdzinēja slodzi, ļaujot tam koncentrēties uz aktīvās jaudas izvadi, vienlaikus nodrošinot precīzāku un ātrāku sprieguma stabilizāciju.
     • Jaudas koeficienta (PF) vadības režīms: tiek iestatīts mērķa jaudas koeficients (piemēram, 0,95), un akumulators automātiski pielāgo savu reaktīvo jaudu, lai uzturētu nemainīgu kopējo jaudas koeficientu dīzeļģeneratora spailēs.
• Jaudas apsvērumi: Uzglabāšanas PCS ir jāizvēlas ar pietiekamu šķietamo jaudu (kVA). Piemēram, 500 kW PCS, kas ģenerē 400 kW aktīvo jaudu, var nodrošināt maksimālikvadrātpēda (500² - 400²) = 300 kVArreaktīvās jaudas. Ja reaktīvās jaudas pieprasījums ir liels, ir nepieciešams lielāks PCS.

Kopsavilkums

Veiksmīga dīzeļģeneratora un enerģijas krātuves savstarpējās savienošanas panākšana ir atkarīga no hierarhiskas vadības:

1. Aparatūras slānis: Izvēlieties ātri reaģējošu uzglabāšanas PCS un dīzeļģeneratora kontrolieri ar ātrdarbīgām komunikācijas saskarnēm.
2. Vadības slānis: Izmanto fundamentālu arhitektūru “Dīzeļdegviela iestata V/F, uzglabāšana veic PQ”. Ātrdarbīgs sistēmas kontrolieris veic jaudas sadali reāllaikā aktīvās jaudas “pīķa samazināšanai/ielejas aizpildīšanai” un reaktīvās jaudas atbalstam.
3. Aizsardzības slānis: Sistēmas projektēšanā jāiekļauj visaptveroši aizsardzības plāni: reversās jaudas aizsardzība, pārslodzes aizsardzība un slodzes kontroles (pat slodzes samazināšanas) stratēģijas, lai tiktu galā ar pēkšņu krātuves atvienošanu.

Izmantojot iepriekš aprakstītos risinājumus, var efektīvi risināt četrus jūsu izvirzītos galvenos jautājumus, lai izveidotu efektīvu, stabilu un uzticamu dīzeļdegvielas enerģijas uzglabāšanas hibrīda enerģijas sistēmu.