Haberler - Dizel jeneratör setleri ile enerji depolama arasındaki bağlantı sorununun analizi

Dizel jeneratör setleri ve enerji depolama sistemlerinin birbirine bağlanmasıyla ilgili dört temel konunun ayrıntılı bir İngilizce açıklaması aşağıdadır. Bu hibrit enerji sistemi (genellikle "Dizel + Depolama" hibrit mikro şebekesi olarak adlandırılır), verimliliği artırmak, yakıt tüketimini azaltmak ve istikrarlı güç kaynağı sağlamak için gelişmiş bir çözümdür, ancak kontrolü oldukça karmaşıktır.

Temel Sorunlara Genel Bakış

100ms Ters Güç Problemi: Dizel jeneratöre geri güç beslemesi yapan enerji depolamanın nasıl önleneceği ve böylece jeneratörün nasıl korunacağı.
Sabit Güç Çıkışı: Dizel motorunun sürekli olarak yüksek verimlilik bölgesinde çalışmasını nasıl sağlarsınız?
Enerji Depolama Sisteminin Ani Bağlantısının Kesilmesi: Enerji depolama sistemi şebekeden aniden ayrıldığında oluşabilecek etkiyle nasıl başa çıkılır?
Reaktif Güç Problemi: Gerilim kararlılığını sağlamak için iki kaynak arasında reaktif güç paylaşımının nasıl koordine edileceği.

1. 100 ms Ters Güç Sorunu

Sorun Açıklaması:
Ters güç, elektrik enerjisinin enerji depolama sisteminden (veya yükten) dizel jeneratör setine geri akmasıyla oluşur. Dizel motorda bu, motoru çalıştıran bir "motor" görevi görür. Bu son derece tehlikelidir ve şunlara yol açabilir:

Mekanik Hasar: Motorun anormal şekilde çalıştırılması krank mili ve bağlantı çubukları gibi bileşenlere zarar verebilir.
Sistem Kararsızlığı: Dizel motorun hızında (frekansında) ve voltajında dalgalanmalara neden olur ve potansiyel olarak kapanmaya yol açabilir.

Dizel jeneratörlerin büyük mekanik ataletleri olması ve hız kontrol sistemlerinin yavaş tepki vermesi (genellikle saniyeler mertebesinde) nedeniyle, bu sorunun 100 ms içinde çözülmesi zorunludur. Bu elektriksel geri akışı hızlı bir şekilde bastırmak için kendilerine güvenemezler. Bu görev, enerji depolama sisteminin ultra hızlı tepki veren Güç Dönüşüm Sistemi (PCS) tarafından yerine getirilmelidir.

Çözüm:

Temel Prensip: "Dizel önde, depolama onu takip eder." Tüm sistemde dizel jeneratör seti, "şebeke"ye benzer şekilde voltaj ve frekans referans kaynağı (yani V/F kontrol modu) olarak işlev görür. Enerji depolama sistemi, çıkış gücünün yalnızca ana kontrolörden gelen komutlarla belirlendiği Sabit Güç (PQ) Kontrol Modunda çalışır.
Kontrol Mantığı:
1. Gerçek Zamanlı İzleme: Sistem ana denetleyicisi (veya depolama PCS'nin kendisi) çıkış gücünü izler (P_dizel) ve dizel jeneratörün gerçek zamanlı olarak çok yüksek bir hızda (örneğin saniyede binlerce kez) yönlendirilmesi.
2. Güç Ayar Noktası: Enerji depolama sistemi için güç ayar noktası (P_kümesi) şunları karşılamalıdır:P_yükleme(toplam yük gücü) =P_dizel+P_kümesi.
3. Hızlı Ayarlama: Yük aniden azaldığında,P_dizelNegatif bir eğilime sahip olmak için, denetleyicinin birkaç milisaniye içinde depolama PCS'sine deşarj gücünü derhal azaltması veya emme gücüne (şarj) geçmesi için bir komut göndermesi gerekir. Bu, fazla enerjiyi pillere emerek,P_dizelpozitif kalmaya devam ediyor.
Teknik Güvenlik Önlemleri:
- Yüksek Hızlı İletişim: Dizel kontrol cihazı, depolama PCS'si ve sistem ana kontrol cihazı arasında minimum komut gecikmesini sağlamak için yüksek hızlı iletişim protokolleri (örneğin CAN veri yolu, hızlı Ethernet) gereklidir.
- PCS Hızlı Tepki: Modern depolama PCS ünitelerinin güç tepki süreleri 100 ms'den çok daha hızlıdır, genellikle 10 ms içindedir ve bu da onları bu gereksinimi tam olarak karşılayabilecek kapasitede kılar.
- Yedekli Koruma: Kontrol bağlantısının ötesinde, genellikle dizel jeneratör çıkışına son donanım bariyeri olarak bir ters güç koruma rölesi takılır. Ancak, çalışma süresi birkaç yüz milisaniye olabileceğinden, öncelikli olarak yedek koruma görevi görür; çekirdek hızlı koruma ise kontrol sistemine dayanır.

2. Sabit Güç Çıkışı

Sorun Açıklaması:
Dizel motorlar, nominal güçlerinin yaklaşık %60-80'i kadar bir yük aralığında en yüksek yakıt verimliliği ve en düşük emisyon değerlerinde çalışır. Düşük yükler "ıslak istifleme" ve karbon birikmesine neden olurken, yüksek yükler yakıt tüketimini önemli ölçüde artırır ve ömrünü kısaltır. Amaç, dizel yakıtı yük dalgalanmalarından izole ederek verimli bir ayar noktasında sabit tutmaktır.

Çözüm:

“Tepe Tıraşı ve Vadi Doldurma” Kontrol Stratejisi:
1. Temel Noktayı Ayarlayın: Dizel jeneratör seti, optimum verimlilik noktasında (örneğin, nominal gücünün %70'i) ayarlanan sabit bir güç çıkışında çalıştırılır.
2. Depolama Yönetmeliği:
  - Yük Talebi > Dizel Ayar Noktası olduğunda: Eksik güç (P_load - P_dizel_set) enerji depolama sisteminin boşaltılmasıyla desteklenmektedir.
  - Yük Talebi < Dizel Ayar Noktası olduğunda: Aşırı güç (P_dizel_set - P_yük) enerji depolama sistemi tarafından şarj edilerek emilir.
Sistemin Avantajları:
- Dizel motor, yüksek verimlilikte ve sorunsuz bir şekilde çalışarak ömrünü uzatır ve bakım maliyetlerini düşürür.
- Enerji depolama sistemi, ani yük dalgalanmalarını yumuşatarak, sık dizel yük değişimlerinden kaynaklanan verimsizliği ve aşınmayı önlüyor.
- Genel yakıt tüketimi önemli ölçüde azalır.

3. Enerji Depolamasının Aniden Kesilmesi

Sorun Açıklaması:
Enerji depolama sistemi, akü arızası, PCS arızası veya koruma devre dışı kalma nedeniyle aniden devre dışı kalabilir. Daha önce depolama tarafından kullanılan güç (üretim veya tüketim), anında tamamen dizel jeneratör setine aktarılır ve bu da büyük bir güç şokuna neden olur.

Riskler:

Eğer depolama deşarj oluyorsa (yükü destekliyorsa), bağlantısının kesilmesi tüm yükü dizele aktarır ve bu da aşırı yüklenmeye, frekans (hız) düşüşüne ve koruyucu kapanmaya neden olabilir.
Eğer depolama ünitesi şarj ediyorsa (fazla güç çekiyorsa), bağlantısının kesilmesi dizelin fazla gücünün gidecek yeri kalmamasına neden olur, bu da ters güç ve aşırı voltaja yol açabilir ve ayrıca bir kapanmayı tetikleyebilir.

Çözüm:

Dizel Yan Dönüş Rezervi: Dizel jeneratör seti yalnızca optimum verimlilik noktasına göre boyutlandırılmamalıdır. Dinamik yedek kapasiteye sahip olmalıdır. Örneğin, maksimum sistem yükü 1000 kW ve dizel jeneratör 700 kW'ta çalışıyorsa, dizel jeneratörün nominal kapasitesi 700 kW + en büyük potansiyel adım yükünden (veya depolama ünitesinin maksimum gücünden) büyük olmalıdır; örneğin, depolama arızası için 300 kW'lık bir tampon sağlayan 1000 kW'lık bir ünite seçilmelidir.
Hızlı Yükleme Kontrolü:
1. Sistem Gerçek Zamanlı İzleme: Depolama sisteminin durumunu ve güç akışını sürekli olarak izler.
2. Arıza Tespiti: Ani bir depolama bağlantısının kesilmesi tespit edildiğinde, ana kontrolör derhal dizel kontrolörüne hızlı yük azaltma sinyali gönderir.
3. Dizel Tepkisi: Dizel kontrol cihazı, yeni yüke uyum sağlamak için gücü düşürmeye çalışmak üzere anında harekete geçer (örneğin, yakıt enjeksiyonunu hızla azaltır). Dönen rezerv kapasitesi, bu daha yavaş mekanik tepki için zaman kazandırır.
Son Çare: Yük Atma: Güç şoku dizel motorun kaldıramayacağı kadar büyükse, en güvenilir koruma yöntemi kritik olmayan yükleri atarak kritik yüklerin ve jeneratörün güvenliğini ön planda tutmaktır. Yük atma şeması, sistem tasarımında olmazsa olmaz bir koruma gereksinimidir.

4. Reaktif Güç Problemi

Sorun Açıklaması:
Reaktif güç, manyetik alanlar oluşturmak için kullanılır ve AC sistemlerde voltaj kararlılığını korumak için çok önemlidir. Hem dizel jeneratörün hem de depolama PCS'nin reaktif güç düzenlemesine katılması gerekir.

Dizel Jeneratör: Uyarma akımını ayarlayarak reaktif güç çıkışını ve voltajını kontrol eder. Reaktif güç kapasitesi sınırlıdır ve tepkisi yavaştır.
Depolama PCS: Çoğu modern PCS ünitesi dört kadranlıdır; bu, reaktif gücü bağımsız ve hızlı bir şekilde enjekte edebilecekleri veya emebilecekleri anlamına gelir (görünür güç dereceleri kVA'yı aşmadıkları sürece).

Zorluk: Sistem voltajının kararlılığını sağlamak için her ikisini de aşırı yüklemeden nasıl koordine edebiliriz?

Çözüm:

Kontrol Stratejileri:
1. Dizel Motor Voltajı Yönetir: Dizel jeneratör seti, sistemin voltaj ve frekans referansını belirlemekten sorumlu olan V/F moduna ayarlanmıştır. Kararlı bir "voltaj kaynağı" sağlar.
2. Depolama Reaktif Düzenlemeye Katılır (Opsiyonel):
  - PQ Modu: Depolama yalnızca etkin gücü işler (P), reaktif güçle (Q) sıfıra ayarlandı. Dizel, tüm reaktif gücü sağlar. Bu en basit yöntemdir, ancak dizel yakıta yük bindirir.
  - Reaktif Güç Dağıtım Modu: Sistem ana kontrolörü reaktif güç komutları gönderir (Q_set) mevcut voltaj koşullarına bağlı olarak depolama PCS'lerine aktarılır. Sistem voltajı düşükse, depolamaya reaktif güç enjekte etmesi; yüksekse, reaktif güç emmesi komutunu verin. Bu, dizel motorunun yükünü hafifleterek, daha hassas ve hızlı voltaj dengelemesi sağlarken, aktif güç çıkışına odaklanmasını sağlar.
  - Güç Faktörü (PF) Kontrol Modu: Hedef bir güç faktörü (örneğin 0,95) ayarlanır ve depolama, dizel jeneratörünün terminallerinde sabit bir genel güç faktörünü korumak için reaktif çıkışını otomatik olarak ayarlar.
Kapasite Değerlendirmesi: Depolama PCS'leri yeterli görünür güç kapasitesine (kVA) sahip olmalıdır. Örneğin, 400 kW aktif güç çıkışı sağlayan 500 kW'lık bir PCS, maksimumsqrt(500² - 400²) = 300kVArReaktif güç talebi yüksekse, daha büyük bir PCS gerekir.

Özet

Bir dizel jeneratör seti ile enerji depolama arasında istikrarlı bir bağlantının başarıyla sağlanması hiyerarşik kontrole bağlıdır:

Donanım Katmanı: Hızlı yanıt veren bir depolama PCS'si ve yüksek hızlı iletişim arayüzlerine sahip bir dizel jeneratör kontrolörü seçin.
Kontrol Katmanı: “Dizel V/F'yi ayarlar, Depolama PQ'yu ayarlar” temel mimarisini kullanın. Yüksek hızlı bir sistem denetleyicisi, aktif güç “tepe azaltma/vadi doldurma” ve reaktif güç desteği için gerçek zamanlı güç dağıtımı gerçekleştirir.
Koruma Katmanı: Sistem tasarımı kapsamlı koruma planları içermelidir: ters güç koruması, aşırı yük koruması ve depolama bağlantısının aniden kesilmesi durumunda yük kontrolü (hatta yük atma) stratejileri.

Yukarıda anlatılan çözümlerle, gündeme getirdiğiniz dört temel konu etkin bir şekilde ele alınarak verimli, istikrarlı ve güvenilir bir dizel-enerji depolama hibrit güç sistemi kurulabilir.