Diesel sorgailu multzoen eta energia biltegiratzearen arteko lotura arazoaren azterketa

Hona hemen diesel sorgailu multzoen eta energia biltegiratzeko sistemen arteko interkonexioari buruzko lau gai nagusien azalpen zehatza ingelesez. Energia sistema hibrido hau (askotan "Diesel + Storage" mikrosare hibridoa deitzen dena) eraginkortasuna hobetzeko, erregai kontsumoa murrizteko eta energia hornidura egonkorra bermatzeko irtenbide aurreratua da, baina bere kontrola oso konplexua da.

Oinarrizko Arazoen Ikuspegi Orokorra

1. 100ms-ko alderantzizko potentziaren arazoa: Nola saihestu energia-biltegiratzeak diesel sorgailura potentzia atzeranzko elikadura ematea, eta horrela babestea.
2. Potentzia-irteera konstantea: Nola mantendu diesel motorra etengabe martxan bere eraginkortasun handiko eremuan.
3. Energia biltegiratzearen bat-bateko deskonexioa: Nola kudeatu energia biltegiratzeko sistema bat-batean saretik deskonektatzen denean duen eragina.
4. Potentzia erreaktiboaren arazoa: Nola koordinatu bi iturrien arteko potentzia erreaktiboaren banaketa tentsio-egonkortasuna bermatzeko.

1. 100ms-ko alderantzizko potentziaren arazoa

Arazoaren deskribapena:
Alderantzizko potentzia gertatzen da energia elektrikoa energia biltegiratzeko sistematik (edo kargatik) diesel sorgailu multzora itzultzen denean. Diesel motorrarentzat, honek "motor" baten moduan jokatzen du, motorra bultzatuz. Oso arriskutsua da eta honako hauek ekar ditzake:

• Kalte mekanikoak: Motorraren funtzionamendu desegokiak birabarkia eta biela bezalako osagaiak kaltetu ditzake.
• Sistemaren ezegonkortasuna: diesel motorraren abiaduran (maiztasunean) eta tentsioan gorabeherak eragiten ditu, eta horrek itzaltzea ekar dezake.

100 ms-tan konpontzeko beharra dago diesel sorgailuek inertzia mekaniko handia dutelako eta haien abiadura erregulatzen duten sistemek poliki erantzuten dutelako (normalean segundo batzuen ordenan). Ezin dira beren kabuz fidatu atzeranzko fluxu elektriko hori azkar kentzeko. Zeregin hau energia biltegiratzeko sistemaren Potentzia Bihurtzeko Sistema (PCS) ultra-azkarragoak egin behar du.

Irtenbidea:

• Oinarrizko printzipioa: "Diesela aurrera doa, biltegiratzea ondoren". Sistema osoan, diesel sorgailu multzoak tentsio eta maiztasun erreferentzia iturri gisa jokatzen du (hau da, V/F kontrol modua), "sare" bezala. Energia biltegiratzeko sistemak Potentzia Konstanteko (PQ) Kontrol Moduan funtzionatzen du, non bere irteerako potentzia kontrolatzaile nagusi baten aginduek soilik zehazten duten.
• Kontrol Logika:
  1. Denbora errealeko monitorizazioa: Sistemaren kontrolatzaile nagusiak (edo biltegiratze PCSak berak) irteerako potentzia monitorizatzen du (P_diesel) eta diesel sorgailuaren norabidea denbora errealean abiadura oso handian (adibidez, segundoko milaka aldiz).
  2. Potentzia-puntu zehatza: Energia biltegiratzeko sistemaren potentzia-puntu zehatza (P_multzoa) bete behar ditu:P_kargatu(karga-potentzia osoa) =P_diesel+P_multzoa.
  3. Doikuntza azkarra: Karga bat-batean gutxitzen denean,P_dieseljoera negatiboa izateko, kontrolatzaileak milisegundo gutxiren buruan agindu bat bidali behar dio biltegiratze PCSari berehala deskargatzeko potentzia murrizteko edo xurgatzeko potentziara (kargatzeko) aldatzeko. Horrek soberako energia baterietara xurgatzen du, bermatuzP_dieselpositiboa izaten jarraitzen du.
• Babes teknikoak:
  • Abiadura Handiko Komunikazioa: Abiadura handiko komunikazio-protokoloak (adibidez, CAN bus, Ethernet azkarra) behar dira diesel kontrolagailuaren, biltegiratze PCSaren eta sistemaren kontrolagailu nagusiaren artean, komando-atzerapen minimoa bermatzeko.
  • PCS Erantzun Azkarra: Gaur egungo PCS biltegiratze unitateek 100 ms baino askoz azkarragoak diren potentzia-erantzun denborak dituzte, askotan 10 ms-ren barruan, eta horrek eskakizun hori guztiz betetzeko gai bihurtzen ditu.
  • Babes Erredundantea: Kontrol-loturaz gain, alderantzizko potentziaren babes-errele bat instalatzen da normalean diesel sorgailuaren irteeran, azken hardware-hesi gisa. Hala ere, bere funtzionamendu-denbora ehunka milisegundokoa izan daiteke, beraz, batez ere babes-babes gisa balio du; oinarrizko babes azkarra kontrol-sistemaren menpe dago.

2. Irteera-potentzia konstantea

Arazoaren deskribapena:
Diesel motorrek erregai-eraginkortasun gorenean eta isuri txikienekin funtzionatzen dute, beren potentzia nominalaren % 60-% 80 inguruko karga-tarte batean. Karga baxuek "pilaketa hezea" eta karbono-metaketa eragiten dute, eta karga handiek, berriz, erregai-kontsumoa izugarri handitzen dute eta bizitza-iraupena murrizten dute. Helburua diesela karga-gorabeheretatik isolatzea da, puntu eraginkor batean egonkor mantenduz.

Irtenbidea:

• "Gailurra moztea eta haranak betetzea" kontrol estrategia:
  1. Oinarrizko puntua ezarri: Diesel sorgailu multzoa bere eraginkortasun-puntu optimoan (adibidez, potentzia nominalaren % 70) ezarritako potentzia-irteera konstantean funtzionatzen du.
  2. Biltegiratze Erregelamendua:
     • Karga Eskaria > Diesel Erreferentzia Puntua denean: Potentzia eskasa (P_karga - P_diesel_multzoa) energia biltegiratzeko sistemaren deskargarekin osatzen da.
     • Karga Eskaria < Diesel Erreferentzia Puntua denean: Gehiegizko potentzia (P_diesel_multzoa - P_karga) energia biltegiratzeko sistemaren kargatzeak xurgatzen du.
• Sistemaren abantailak:
  • Diesel motorra etengabe funtzionatzen du eraginkortasun handiz eta leunki, bere bizitza luzatuz eta mantentze-kostuak murriztuz.
  • Energia biltegiratzeko sistemak karga-gorabehera bortitzak leuntzen ditu, dieselaren karga-aldaketek eragindako eraginkortasun eza eta higadura saihestuz.
  • Erregai-kontsumo orokorra nabarmen murrizten da.

3. Energia biltegiratzearen bat-bateko deskonexioa

Arazoaren deskribapena:
Energia biltegiratzeko sistema bat-batean deskonektatu daiteke bateriaren akats baten, PCS akats baten edo babes-abiaduraren ondorioz. Biltegiratzeak kudeatzen zuen energia (sortzen edo kontsumitzen ari den ala ez) berehala transferitzen da osorik diesel sorgailu multzora, potentzia-deskarga handia sortuz.

Arriskuak:

• Biltegia deskargatzen ari bazen (karga eusten), deskonektatzeak karga osoa dieselera transferitzen du, eta horrek gainkarga, maiztasun (abiadura) jaitsiera eta babes-itzaltzea eragin ditzake.
• Biltegia kargatzen ari bazen (gehiegizko potentzia xurgatzen ari bazen), deskonektatzeak dieselaren soberako potentzia ez du inora joateko aukerarik, alderantzizko potentzia eta gehiegizko tentsioa eraginez, eta, gainera, itzaltzea eraginez.

Irtenbidea:

• Diesel Alboko Biraketa Erreserba: Diesel sorgailu multzoa ez da bere eraginkortasun puntu optimorako soilik neurtu behar. Ordezko ahalmen dinamikoa izan behar du. Adibidez, sistemaren gehienezko karga 1000 kW bada eta diesela 700 kW-tan funtzionatzen badu, dieselaren ahalmen nominala 700 kW + potentzial mailakatuko karga handiena (edo biltegiratzearen gehienezko potentzia) baino handiagoa izan behar da, adibidez, 1000 kW-ko unitate bat hautatuta, biltegiratze-akats baten aurrean 300 kW-ko bufferra eskainiz.
• Karga azkarraren kontrola:
  1. Sistemaren denbora errealeko monitorizazioa: Biltegiratze sistemaren egoera eta energia-fluxua etengabe kontrolatzen ditu.
  2. Matxura detekzioa: Bat-bateko biltegiratze-deskonekxio bat detektatzen duenean, kontrolatzaile nagusiak berehala bidaltzen dio karga azkar murrizteko seinalea diesel kontrolatzaileari.
  3. Dieselaren erantzuna: Diesel kontrolagailuak berehala jarduten du (adibidez, erregai injekzioa azkar murriztuz) potentzia murrizten saiatzeko karga berrira egokitzeko. Biraka dabilen erreserba-ahalmenak denbora irabazten du erantzun mekaniko motelago honetarako.
• Azken aukera: Karga-deskonektatzea: Dieselak kudeatzeko potentzia-deskonektatzea handiegia bada, babes fidagarriena karga ez-kritikoak deskonektatzea da, karga kritikoen eta sorgailuaren beraren segurtasuna lehenetsiz. Karga-deskonektatzeko eskema ezinbesteko babes-baldintza da sistemaren diseinuan.

4. Potentzia erreaktiboaren arazoa

Arazoaren deskribapena:
Energia erreaktiboa eremu magnetikoak ezartzeko erabiltzen da eta ezinbestekoa da AC sistemetan tentsio-egonkortasuna mantentzeko. Bai diesel sorgailuak bai biltegiratze PCSak parte hartu behar dute energia erreaktiboaren erregulazioan.

• Diesel sorgailua: Erreakzio-potentziaren irteera eta tentsioa kontrolatzen ditu kitzikapen-korrontea doituz. Bere erreakzio-potentziaren gaitasuna mugatua da, eta bere erantzuna motela da.
• Biltegiratze PCS: PCS unitate moderno gehienak lau koadrantekoak dira, hau da, modu independentean eta azkar injektatu edo xurgatu dezakete potentzia erreaktiboa (baldin eta beren itxurazko potentzia kVA gainditzen ez badute).

Erronka: Nola koordinatu biak sistemaren tentsio-egonkortasuna bermatzeko, unitateetako bat ere gainkargatu gabe.

Irtenbidea:

• Kontrol estrategiak:
  1. Dieselak tentsioa gobernatzen du: Diesel sorgailu multzoa V/F moduan konfiguratuta dago, sistemaren tentsio eta maiztasun erreferentzia ezartzeaz arduratzen dena. "Tentsio iturri" egonkorra eskaintzen du.
  2. Biltegiratzeak Erregulazio Erreaktiboan Parte Hartzen Du (Aukerakoa):
     • PQ modua: Biltegiratzeak potentzia aktiboa bakarrik kudeatzen du (P), potentzia erreaktiboarekin (Q) zeroan jarrita. Dieselak ematen du erreaktibo potentzia guztia. Metodorik sinpleena da, baina diesela zamatzen du.
     • Potentzia erreaktiboaren bidalketa modua: Sistemaren kontrolatzaile nagusiak potentzia erreaktiboaren komandoak bidaltzen ditu (Q_multzoa) biltegiratze PCSra uneko tentsio-baldintzen arabera. Sistemaren tentsioa baxua bada, agindu biltegiratzeari potentzia erreaktiboa injektatzeko; altua bada, agindu potentzia erreaktiboa xurgatzeko. Horrek dieselaren zama arintzen du, potentzia aktiboaren irteeran zentratzea ahalbidetuz, tentsioaren egonkortze finagoa eta azkarragoa eskainiz.
     • Potentzia Faktorearen (PF) Kontrol Modua: Helburuko potentzia faktore bat (adibidez, 0,95) ezartzen da, eta biltegiratzeak automatikoki doitzen du bere erreaktiboa den irteera diesel sorgailuaren terminaletan potentzia faktore orokor konstante bat mantentzeko.
• Edukiera kontuan hartu behar da: Biltegiratze PCSak potentzia ageriko nahikoa (kVA) izan behar du. Adibidez, 500 kW-ko PCS batek, 400 kW-ko potentzia aktiboa ematen badu, gehienez eman dezakepotentzia karratua (500² - 400²) = 300 kVArpotentzia erreaktiboaren. Potentzia erreaktiboaren eskaera handia bada, PCS handiago bat behar da.

Laburpena

Diesel sorgailu multzo baten eta energia biltegiratzearen arteko interkonexio egonkor bat arrakastaz lortzea kontrol hierarkiko baten menpe dago:

1. Hardware geruza: Aukeratu erantzun azkarreko biltegiratze PCS bat eta abiadura handiko komunikazio interfazeak dituen diesel sorgailu kontrolatzaile bat.
2. Kontrol geruza: "Dieselak V/F ezartzen du, biltegiratzeak PQ egiten du" oinarrizko arkitektura erabili. Abiadura handiko sistemaren kontrolatzaile batek denbora errealeko potentzia bidaltzen du potentzia aktiboaren "punta-murriztailea/harana betetzea" eta potentzia erreaktiboaren laguntzarako.
3. Babes Geruza: Sistemaren diseinuak babes-plan integralak izan behar ditu: alderantzizko potentziaren babesa, gainkarga-babesa eta karga-kontroleko estrategiak (karga-deskonektatzea ere bai) biltegiratzearen bat-bateko deskonekxioa kudeatzeko.

Goian deskribatutako irtenbideen bidez, planteatu dituzun lau arazo nagusiak modu eraginkorrean konpondu daitezke diesel-energia biltegiratzeko sistema hibrido eraginkor, egonkor eta fidagarri bat eraikitzeko.