Balita - Pagsusuri ng problema ng linkage sa pagitan ng diesel generator set at energy storage

Narito ang isang detalyadong paliwanag sa Ingles ng apat na pangunahing isyu tungkol sa pagkakabit ng mga diesel generator set at mga sistema ng pag-iimbak ng enerhiya. Ang hybrid na sistema ng enerhiya na ito (kadalasang tinatawag na "Diesel + Storage" hybrid microgrid) ay isang advanced na solusyon para sa pagpapabuti ng kahusayan, pagbabawas ng pagkonsumo ng gasolina, at pagtiyak ng matatag na supply ng kuryente, ngunit ang kontrol nito ay lubos na kumplikado.

Pangkalahatang-ideya ng Mga Pangunahing Isyu

100ms Reverse Power Problem: Paano maiwasan ang pag-iimbak ng enerhiya mula sa back-feeding power sa diesel generator, kaya pinoprotektahan ito.
Constant Power Output: Paano panatilihing tuluy-tuloy na tumatakbo ang diesel engine sa high-efficiency zone nito.
Biglang Pagdiskonekta ng Imbakan ng Enerhiya: Paano haharapin ang epekto kapag ang sistema ng pag-iimbak ng enerhiya ay biglang bumaba sa network.
Problema sa Reaktibong Power: Paano i-coordinate ang reactive power sharing sa pagitan ng dalawang pinagmumulan upang matiyak ang katatagan ng boltahe.

1. Ang 100ms Reverse Power Problem

Paglalarawan ng Problema:
Ang reverse power ay nangyayari kapag ang elektrikal na enerhiya ay dumadaloy mula sa energy storage system (o ang load) pabalik patungo sa diesel generator set. Para sa diesel engine, ito ay kumikilos tulad ng isang "motor," na nagmamaneho sa makina. Ito ay lubhang mapanganib at maaaring humantong sa:

Mechanical na Pinsala: Ang hindi normal na pagmamaneho ng makina ay maaaring makapinsala sa mga bahagi tulad ng crankshaft at connecting rods.
Katatagan ng System: Nagiging sanhi ng mga pagbabago sa bilis (dalas) at boltahe ng diesel engine, na posibleng humantong sa pagsara.

Ang kinakailangan upang malutas ito sa loob ng 100ms ay umiiral dahil ang mga generator ng diesel ay may malaking mechanical inertia at ang kanilang mga sistema ng pamamahala sa bilis ay tumutugon nang mabagal (karaniwang sa pagkakasunud-sunod ng mga segundo). Hindi sila maaaring umasa sa kanilang sarili upang mabilis na sugpuin ang electrical back-flow na ito. Ang gawain ay dapat hawakan ng ultra-fast responding Power Conversion System (PCS) ng energy storage system.

Solusyon:

Pangunahing Prinsipyo: "Nangunguna ang diesel, sumusunod ang imbakan." Sa buong system, ang diesel generator set ay gumaganap bilang boltahe at frequency reference source (ibig sabihin, V/F control mode), na kahalintulad sa "grid." Gumagana ang sistema ng pag-iimbak ng enerhiya sa Constant Power (PQ) Control Mode, kung saan ang output power nito ay tanging tinutukoy ng mga command mula sa isang master controller.
Control Logic:
1. Real-time na Pagsubaybay: Ang system master controller (o ang storage PCS mismo) ay sinusubaybayan ang output power (P_diesel) at direksyon ng diesel generator sa real-time sa napakataas na bilis (hal., libu-libong beses bawat segundo).
2. Power Setpoint: Ang power setpoint para sa energy storage system (P_set) ay dapat masiyahan:P_load(kabuuang lakas ng pagkarga) =P_diesel+P_set.
3. Rapid Adjustment: Kapag biglang bumaba ang load, nagiging sanhiP_dieselpara maging negatibo ang trend, ang controller ay kailangang magpadala ng command sa storage PCS sa loob ng ilang millisecond upang agad na bawasan ang discharge power nito o lumipat sa absorbing power (charging). Ito ay sumisipsip ng labis na enerhiya sa mga baterya, tinitiyakP_dieselnananatiling positibo.
Mga Teknikal na Pag-iingat:
- Mataas na Bilis ng Komunikasyon: Ang mga protocol ng high-speed na komunikasyon (hal., CAN bus, mabilis na Ethernet) ay kinakailangan sa pagitan ng diesel controller, storage PCS, at system master controller upang matiyak ang kaunting pagkaantala ng command.
- Mabilis na Pagtugon ng PCS: Ang mga modernong storage unit ng PCS ay may mga oras ng pagtugon ng kapangyarihan na mas mabilis kaysa sa 100ms, kadalasan sa loob ng 10ms, na ginagawang ganap na kayang matugunan ng mga ito ang kinakailangang ito.
- Redundant na Proteksyon: Sa kabila ng control link, karaniwang inilalagay ang reverse power protection relay sa output ng diesel generator bilang panghuling hadlang sa hardware. Gayunpaman, ang oras ng pagpapatakbo nito ay maaaring ilang daang millisecond, kaya pangunahin itong nagsisilbing backup na proteksyon; ang pangunahing mabilis na proteksyon ay umaasa sa control system.

2. Constant Power Output

Paglalarawan ng Problema:
Ang mga makina ng diesel ay gumagana sa pinakamataas na kahusayan ng gasolina at pinakamababang emisyon sa loob ng hanay ng pagkarga na humigit-kumulang 60%-80% ng kanilang na-rate na kapangyarihan. Ang mababang load ay nagdudulot ng “wet stacking” at carbon buildup, habang ang matataas na load ay lubhang nagpapataas ng fuel consumption at nakakabawas ng lifespan. Ang layunin ay upang ihiwalay ang diesel mula sa pagbabagu-bago ng load, pinapanatili itong matatag sa isang mahusay na setpoint.

Solusyon:

Diskarte sa Kontrol ng “Peak Shaving and Valley Filling”:
1. Itakda ang Basepoint: Ang diesel generator set ay pinapatakbo sa isang pare-parehong power output set sa pinakamainam nitong kahusayan point (hal, 70% ng rated power).
2. Regulasyon sa Imbakan:
  - Kapag Nag-load Demand > Diesel Setpoint: Ang kulang na kapangyarihan (P_load - P_diesel_set) ay pupunan ng sistema ng pag-iimbak ng enerhiya.
  - Kapag Load Demand < Diesel Setpoint: Ang sobrang lakas (P_diesel_set - P_load) ay hinihigop ng sistema ng pag-iimbak ng enerhiya na nagcha-charge.
Mga Benepisyo ng System:
- Ang diesel engine ay patuloy na tumatakbo sa mataas na kahusayan, maayos, pagpapahaba ng buhay nito at pagbabawas ng mga gastos sa pagpapanatili.
- Ang sistema ng pag-iimbak ng enerhiya ay pinapakinis ang matinding pagbabagu-bago ng pagkarga, na pinipigilan ang kawalan ng kahusayan at pagkasira na dulot ng madalas na pagbabago sa pagkarga ng diesel.
- Ang kabuuang pagkonsumo ng gasolina ay makabuluhang nabawasan.

3. Biglang Pagdiskonekta ng Imbakan ng Enerhiya

Paglalarawan ng Problema:
Maaaring biglang mag-drop offline ang system ng imbakan ng enerhiya dahil sa pagkabigo ng baterya, pagkakamali sa PCS, o mga biyahe sa proteksyon. Ang kapangyarihan na dating pinangangasiwaan ng imbakan (bumubuo man o kumukonsumo) ay agad na inililipat nang buo sa diesel generator set, na lumilikha ng napakalaking power shock.

Mga panganib:

Kung ang storage ay naglalabas (sumusuporta sa load), ang pagkakadiskonekta nito ay naglilipat ng buong load sa diesel, na posibleng magdulot ng labis na karga, dalas ng (bilis) pagbaba, at proteksyon na pagsasara.
Kung ang storage ay nagcha-charge (sumisipsip ng labis na kuryente), ang pagkadiskonekta nito ay nag-iiwan sa sobrang lakas ng diesel na walang mapupuntahan, na posibleng magdulot ng reverse power at overvoltage, na mag-trigger din ng shutdown.

Solusyon:

Diesel Side Spinning Reserve: Ang diesel generator set ay hindi dapat sukat lamang para sa pinakamainam na punto ng kahusayan nito. Dapat itong may dynamic na ekstrang kapasidad. Halimbawa, kung ang maximum na load ng system ay 1000kW at ang diesel ay tumatakbo sa 700kW, ang na-rate na kapasidad ng diesel ay dapat na mas malaki kaysa sa 700kW + ang pinakamalaking potensyal na step load (o ang max power ng storage), hal, isang 1000kW unit na napili, na nagbibigay ng 300kW buffer para sa isang pagkabigo sa imbakan.
Mabilis na Pagkontrol sa Pag-load:
1. Real-time na Pagsubaybay ng System: Patuloy na sinusubaybayan ang katayuan at daloy ng kuryente ng storage system.
2. Fault Detection: Sa pag-detect ng biglaang pagdiskonekta ng storage, agad na nagpapadala ang master controller ng mabilis na signal ng pagbabawas ng load sa diesel controller.
3. Tugon sa Diesel: Ang diesel controller ay kumikilos kaagad (hal., mabilis na pagbabawas ng fuel injection) upang subukang babaan ang power upang tumugma sa bagong load. Ang kapasidad ng umiikot na reserba ay bumibili ng oras para sa mas mabagal na mekanikal na tugon na ito.
Huling Resort: Load Shedding: Kung ang power shock ay masyadong malaki para mahawakan ng diesel, ang pinaka-maaasahang proteksyon ay ang pag-alis ng mga hindi kritikal na load, na inuuna ang kaligtasan ng mga kritikal na load at ang generator mismo. Ang scheme ng load-shedding ay isang mahalagang kinakailangan sa proteksyon sa disenyo ng system.

4. Problema sa Reaktibong Power

Paglalarawan ng Problema:
Ang reaktibong kapangyarihan ay ginagamit upang magtatag ng mga magnetic field at ito ay mahalaga para sa pagpapanatili ng katatagan ng boltahe sa mga AC system. Ang diesel generator at ang storage PCS ay kailangang lumahok sa reaktibong regulasyon ng kuryente.

Diesel Generator: Kinokontrol ang reaktibong power output at boltahe sa pamamagitan ng pagsasaayos ng kasalukuyang paggulo nito. Limitado ang reactive power capability nito, at mabagal ang pagtugon nito.
Storage PCS: Karamihan sa mga modernong PCS unit ay four-quadrant, ibig sabihin, maaari silang mag-isa at mabilis na mag-inject o sumipsip ng reactive power (sa kondisyon na hindi sila lumampas sa kanilang maliwanag na power rating kVA).

Hamon: Paano i-coordinate ang dalawa para matiyak ang katatagan ng boltahe ng system nang hindi na-overload ang alinmang unit.

Solusyon:

Mga Istratehiya sa Pagkontrol:
1. Pinamamahalaan ng Diesel ang Boltahe: Ang set ng generator ng diesel ay nakatakda sa V/F mode, na responsable sa pagtatatag ng sanggunian ng boltahe at dalas ng system. Nagbibigay ito ng isang matatag na "pinagmulan ng boltahe."
2. Nakikilahok ang Storage sa Reaktibong Regulasyon (Opsyonal):
  - PQ Mode: Ang imbakan ay humahawak lamang ng aktibong kapangyarihan (P), na may reaktibong kapangyarihan (Q) itinakda sa zero. Ang diesel ay nagbibigay ng lahat ng reaktibong kapangyarihan. Ito ang pinakasimpleng paraan ngunit nagpapabigat sa diesel.
  - Reactive Power Dispatch Mode: Ang system master controller ay nagpapadala ng mga reactive power command (Q_set) sa storage PCS batay sa kasalukuyang kondisyon ng boltahe. Kung mababa ang boltahe ng system, utusan ang storage na mag-inject ng reactive power; kung mataas, utusan itong sumipsip ng reaktibong kapangyarihan. Pinapaginhawa nito ang pasanin sa diesel, na nagbibigay-daan dito na tumuon sa aktibong power output, habang nagbibigay ng mas pino at mas mabilis na pag-stabilize ng boltahe.
  - Power Factor (PF) Control Mode: Nakatakda ang target na power factor (hal. 0.95), at awtomatikong inaayos ng storage ang reaktibong output nito upang mapanatili ang pare-parehong pangkalahatang power factor sa mga terminal ng diesel generator.
Pagsasaalang-alang sa Kapasidad: Ang storage PCS ay dapat may sukat na may sapat na maliwanag na kapasidad ng kuryente (kVA). Halimbawa, ang isang 500kW PCS na naglalabas ng 400kW ng aktibong kapangyarihan ay maaaring magbigay ng maximum nasqrt(500² - 400²) = 300kVArng reaktibong kapangyarihan. Kung mataas ang reactive power demand, kailangan ng mas malaking PCS.

Buod

Ang matagumpay na pagkamit ng matatag na pagkakaugnay sa pagitan ng diesel generator set at pag-iimbak ng enerhiya ay nakasalalay sa hierarchical na kontrol:

Hardware Layer: Pumili ng isang mabilis na tumutugon na storage PCS at isang diesel generator controller na may mataas na bilis ng mga interface ng komunikasyon.
Control Layer: Gumamit ng isang pangunahing arkitektura ng "Diesel sets V/F, Storage does PQ." Ang isang high-speed system controller ay gumaganap ng real-time na power dispatch para sa aktibong power "peak shaving/valley filling" at reactive power support.
Layer ng Proteksyon: Ang disenyo ng system ay dapat magsama ng mga komprehensibong plano sa proteksyon: reverse power protection, overload protection, at control ng load (kahit na load shedding) na mga diskarte upang mahawakan ang biglaang pagdiskonekta ng storage.

Sa pamamagitan ng mga solusyong inilarawan sa itaas, ang apat na pangunahing isyu na iyong ibinangon ay maaaring epektibong matugunan upang makabuo ng isang mahusay, matatag, at maaasahang diesel-energy storage hybrid power system.