Analisis masalah hubungan antara set penjana diesel dan simpanan tenaga

Berikut ialah penjelasan bahasa Inggeris terperinci tentang empat isu teras berkenaan dengan sambungan set penjana diesel dan sistem storan tenaga. Sistem tenaga hibrid ini (sering dipanggil mikrogrid hibrid "Diesel + Penyimpanan") ialah penyelesaian termaju untuk meningkatkan kecekapan, mengurangkan penggunaan bahan api dan memastikan bekalan kuasa yang stabil, tetapi kawalannya sangat kompleks.

Gambaran Keseluruhan Isu Teras

1. Masalah Kuasa Songsang 100ms: Bagaimana untuk menghalang penyimpanan tenaga daripada kuasa suapan balik kepada penjana diesel, dengan itu melindunginya.
2. Output Kuasa Malar: Cara memastikan enjin diesel berjalan secara konsisten dalam zon kecekapan tingginya.
3. Pemutusan Penyimpanan Tenaga Secara Tiba-tiba: Cara mengendalikan kesan apabila sistem storan tenaga tiba-tiba terputus daripada rangkaian.
4. Masalah Kuasa Reaktif: Bagaimana untuk menyelaraskan perkongsian kuasa reaktif antara dua sumber untuk memastikan kestabilan voltan.

1. Masalah Kuasa Songsang 100ms

Penerangan Masalah:
Kuasa songsang berlaku apabila tenaga elektrik mengalir dari sistem simpanan tenaga (atau beban) kembali ke arah set penjana diesel. Untuk enjin diesel, ini bertindak seperti "motor", memandu enjin. Ini sangat berbahaya dan boleh menyebabkan:

• Kerosakan Mekanikal: Pemanduan enjin yang tidak normal boleh merosakkan komponen seperti aci engkol dan rod penyambung.
• Ketidakstabilan Sistem: Menyebabkan turun naik dalam kelajuan (frekuensi) dan voltan enjin diesel, yang berpotensi membawa kepada penutupan.

Keperluan untuk menyelesaikannya dalam 100ms wujud kerana penjana diesel mempunyai inersia mekanikal yang besar dan sistem pengawalan kelajuannya bertindak balas dengan perlahan (biasanya mengikut urutan saat). Mereka tidak boleh bergantung pada diri mereka sendiri untuk menyekat aliran balik elektrik ini dengan cepat. Tugas itu mesti dikendalikan oleh Sistem Penukaran Kuasa (PCS) yang bertindak balas ultra pantas bagi sistem storan tenaga.

Penyelesaian:

• Prinsip Teras: "Diesel plumbum, penyimpanan mengikut." Dalam keseluruhan sistem, set penjana diesel bertindak sebagai sumber rujukan voltan dan frekuensi (iaitu, mod kawalan V/F), sama dengan "grid." Sistem storan tenaga beroperasi dalam Mod Kawalan Kuasa Malar (PQ), di mana kuasa outputnya ditentukan semata-mata oleh arahan daripada pengawal induk.
• Logik Kawalan:
  1. Pemantauan Masa Nyata: Pengawal induk sistem (atau PCS storan itu sendiri) memantau kuasa output (P_diesel) dan arah penjana diesel dalam masa nyata pada kelajuan yang sangat tinggi (cth, beribu kali sesaat).
  2. Titik Tetapan Kuasa: Titik tetapan kuasa untuk sistem penyimpanan tenaga (P_set) mesti memenuhi:P_load(jumlah kuasa beban) =P_diesel+P_set.
  3. Pelarasan Pantas: Apabila beban tiba-tiba berkurangan, menyebabkanP_dieselkepada arah aliran negatif, pengawal mesti dalam beberapa milisaat menghantar arahan kepada PCS storan untuk segera mengurangkan kuasa nyahcasnya atau beralih kepada kuasa menyerap (mengecas). Ini menyerap lebihan tenaga ke dalam bateri, memastikanP_dieselkekal positif.
• Perlindungan Teknikal:
  • Komunikasi Berkelajuan Tinggi: Protokol komunikasi berkelajuan tinggi (cth, bas CAN, Ethernet pantas) diperlukan antara pengawal diesel, PCS penyimpanan dan pengawal induk sistem untuk memastikan kelewatan arahan yang minimum.
  • Tindak Balas Pantas PCS: Unit PCS storan moden mempunyai masa tindak balas kuasa jauh lebih pantas daripada 100ms, selalunya dalam 10ms, menjadikannya mampu memenuhi keperluan ini sepenuhnya.
  • Perlindungan Lebihan: Di luar pautan kawalan, geganti perlindungan kuasa terbalik biasanya dipasang pada output penjana diesel sebagai penghalang perkakasan akhir. Walau bagaimanapun, masa operasinya mungkin beberapa ratus milisaat, jadi ia berfungsi sebagai perlindungan sandaran; perlindungan pantas teras bergantung pada sistem kawalan.

2. Output Kuasa Malar

Penerangan Masalah:
Enjin diesel beroperasi pada kecekapan bahan api puncak dan pelepasan terendah dalam julat beban kira-kira 60%-80% daripada kuasa undiannya. Beban rendah menyebabkan "susun basah" dan pengumpulan karbon, manakala beban tinggi secara drastik meningkatkan penggunaan bahan api dan mengurangkan jangka hayat. Matlamatnya adalah untuk mengasingkan diesel daripada turun naik beban, memastikan ia stabil pada titik tetapan yang cekap.

Penyelesaian:

• Strategi Kawalan “Pencukuran Puncak dan Pengisian Lembah”:
  1. Set Basepoint: Set penjana diesel dikendalikan pada set output kuasa malar pada titik kecekapan optimumnya (cth, 70% daripada kuasa undian).
  2. Peraturan Penyimpanan:
     • Apabila Permintaan Beban > Titik Tetap Diesel: Kuasa kekurangan (P_load - P_diesel_set) ditambah dengan penyahcasan sistem storan tenaga.
     • Apabila Permintaan Beban < Titik Tetap Diesel: Kuasa berlebihan (P_diesel_set - P_load) diserap oleh pengecasan sistem storan tenaga.
• Faedah Sistem:
  • Enjin diesel berfungsi secara konsisten pada kecekapan tinggi, lancar, memanjangkan hayatnya dan mengurangkan kos penyelenggaraan.
  • Sistem penyimpanan tenaga melancarkan turun naik beban yang drastik, menghalang ketidakcekapan dan haus yang disebabkan oleh perubahan beban diesel yang kerap.
  • Penggunaan bahan api secara keseluruhan berkurangan dengan ketara.

3. Pemutusan Penyimpanan Tenaga Secara Tiba-tiba

Penerangan Masalah:
Sistem storan tenaga mungkin tiba-tiba terputus di luar talian kerana kegagalan bateri, kerosakan PCS atau perjalanan perlindungan. Kuasa yang sebelum ini dikendalikan oleh storan (sama ada menjana atau menggunakan) dipindahkan dengan serta-merta sepenuhnya ke set penjana diesel, mencipta kejutan kuasa besar-besaran.

Risiko:

• Jika storan sedang menyahcas (menyokong beban), pemutusan sambungannya memindahkan beban penuh ke diesel, yang berpotensi menyebabkan beban lampau, penurunan kekerapan (kelajuan) dan penutupan pelindung.
• Jika storan sedang mengecas (menyerap kuasa berlebihan), pemotongannya menyebabkan kuasa berlebihan diesel tidak dapat pergi ke mana-mana, yang berpotensi menyebabkan kuasa songsang dan voltan lampau, juga mencetuskan penutupan.

Penyelesaian:

• Rizab Putaran Sisi Diesel: Set penjana diesel tidak boleh bersaiz hanya untuk titik kecekapan optimumnya. Ia mesti mempunyai kapasiti ganti dinamik. Contohnya, jika beban sistem maksimum ialah 1000kW dan diesel berjalan pada 700kW, kapasiti undian diesel mestilah lebih besar daripada 700kW + beban langkah berpotensi terbesar (atau kuasa maksimum storan), contohnya, unit 1000kW yang dipilih, menyediakan penimbal 300kW untuk kegagalan storan.
• Kawalan Muatan Cepat:
  1. Pemantauan Masa Nyata Sistem: Memantau status dan aliran kuasa sistem storan secara berterusan.
  2. Pengesanan Kerosakan: Setelah mengesan pemutusan storan secara tiba-tiba, pengawal induk segera menghantar isyarat pengurangan beban pantas kepada pengawal diesel.
  3. Tindak Balas Diesel: Pengawal diesel bertindak serta-merta (cth, mengurangkan suntikan bahan api dengan cepat) untuk cuba menurunkan kuasa agar sepadan dengan beban baru. Kapasiti rizab berputar membeli masa untuk tindak balas mekanikal yang lebih perlahan ini.
• Tindakan Terakhir: Penumpahan Beban: Jika renjatan kuasa terlalu besar untuk dikendalikan oleh diesel, perlindungan yang paling boleh dipercayai ialah menurunkan beban tidak kritikal, mengutamakan keselamatan beban kritikal dan penjana itu sendiri. Skim penumpahan beban adalah keperluan perlindungan penting dalam reka bentuk sistem.

4. Masalah Kuasa Reaktif

Penerangan Masalah:
Kuasa reaktif digunakan untuk mewujudkan medan magnet dan penting untuk mengekalkan kestabilan voltan dalam sistem AC. Kedua-dua penjana diesel dan PCS penyimpanan perlu mengambil bahagian dalam peraturan kuasa reaktif.

• Penjana Diesel: Mengawal keluaran kuasa reaktif dan voltan dengan melaraskan arus pengujaannya. Keupayaan kuasa reaktifnya terhad, dan tindak balasnya perlahan.
• PCS Penyimpanan: Kebanyakan unit PCS moden adalah empat kuadran, bermakna ia boleh secara bebas dan pantas menyuntik atau menyerap kuasa reaktif (dengan syarat ia tidak melebihi kVA penarafan kuasa ketaranya).

Cabaran: Bagaimana untuk menyelaraskan kedua-duanya untuk memastikan kestabilan voltan sistem tanpa membebankan mana-mana unit.

Penyelesaian:

• Strategi Kawalan:
  1. Diesel Mentadbir Voltan: Set penjana diesel ditetapkan kepada mod V/F, bertanggungjawab untuk mewujudkan rujukan voltan dan frekuensi sistem. Ia menyediakan "sumber voltan" yang stabil.
  2. Storan Mengambil bahagian dalam Peraturan Reaktif (Pilihan):
     • Mod PQ: Storan hanya mengendalikan kuasa aktif (P), dengan kuasa reaktif (Q) ditetapkan kepada sifar. Disel menyediakan semua kuasa reaktif. Ini adalah kaedah paling mudah tetapi membebankan diesel.
     • Mod Penghantaran Kuasa Reaktif: Pengawal induk sistem menghantar arahan kuasa reaktif (Q_set) ke PCS storan berdasarkan keadaan voltan semasa. Jika voltan sistem rendah, perintah storan untuk menyuntik kuasa reaktif; jika tinggi, perintahkannya untuk menyerap kuasa reaktif. Ini meringankan beban diesel, membolehkan ia menumpukan pada output kuasa aktif, sambil memberikan penstabilan voltan yang lebih halus dan lebih pantas.
     • Mod Kawalan Faktor Kuasa (PF): Faktor kuasa sasaran (cth, 0.95) ditetapkan, dan storan melaraskan output reaktifnya secara automatik untuk mengekalkan faktor kuasa keseluruhan yang malar pada terminal penjana diesel.
• Pertimbangan Kapasiti: PCS storan mestilah bersaiz dengan kapasiti kuasa ketara (kVA) yang mencukupi. Sebagai contoh, PCS 500kW yang mengeluarkan 400kW kuasa aktif boleh memberikan maksimumpersegi(500² - 400²) = 300kVArdaripada kuasa reaktif. Jika permintaan kuasa reaktif tinggi, PCS yang lebih besar diperlukan.

Ringkasan

Berjaya mencapai interkoneksi yang stabil antara set penjana diesel dan storan tenaga bergantung pada kawalan hierarki:

1. Lapisan Perkakasan: Pilih PCS storan yang bertindak balas pantas dan pengawal penjana diesel dengan antara muka komunikasi berkelajuan tinggi.
2. Lapisan Kawalan: Gunakan seni bina asas "Set Diesel V/F, Storan melakukan PQ." Pengawal sistem berkelajuan tinggi melakukan penghantaran kuasa masa nyata untuk "pencukuran puncak/pengisian lembah" kuasa aktif dan sokongan kuasa reaktif.
3. Lapisan Perlindungan: Reka bentuk sistem mesti termasuk pelan perlindungan yang komprehensif: perlindungan kuasa terbalik, perlindungan beban lampau dan strategi kawalan beban (malah penumpahan beban) untuk mengendalikan pemotongan storan secara tiba-tiba.

Melalui penyelesaian yang diterangkan di atas, empat isu utama yang anda bangkitkan boleh ditangani dengan berkesan untuk membina sistem kuasa hibrid simpanan tenaga diesel yang cekap, stabil dan boleh dipercayai.