Greining á vandamálinu varðandi tengingu díselrafstöðva og orkugeymslu

Hér er ítarleg ensk útskýring á fjórum kjarnaþáttum varðandi samtengingu díselrafstöðva og orkugeymslukerfa. Þetta blendingaorkukerfi (oft kallað „Dísel + Geymsla“ blendingsörnet) er háþróuð lausn til að bæta skilvirkni, draga úr eldsneytisnotkun og tryggja stöðuga orkuframboð, en stjórnun þess er mjög flókin.

Yfirlit yfir helstu málefni

1. 100ms öfug aflgjafavandamál: Hvernig á að koma í veg fyrir að orkugeymsla sendi afl til baka til díselrafstöðvarinnar og vernda hana þannig.
2. Stöðug afköst: Hvernig á að halda díselvélinni gangandi stöðugt innan hánýtingarsvæðisins.
3. Skyndileg aftenging orkugeymslu: Hvernig á að bregðast við áhrifum þess þegar orkugeymslukerfið skyndilega dettur af netkerfinu.
4. Vandamál með hvarfgjörn afl: Hvernig á að samhæfa skiptingu hvarfgjörn afls milli tveggja orkugjafa til að tryggja spennustöðugleika.

1. Vandamálið með öfuga aflgjafarspennu við 100 ms

Lýsing á vandamáli:
Öfug aflrás á sér stað þegar raforka streymir frá orkugeymslukerfinu (eða álaginu) aftur í átt að díselrafstöðinni. Fyrir díselvélina virkar þetta eins og „mótor“ sem knýr vélina. Þetta er afar hættulegt og getur leitt til:

• Vélræn tjón: Óeðlileg akstur vélarinnar getur skemmt íhluti eins og sveifarás og tengistangir.
• Óstöðugleiki í kerfinu: Veldur sveiflum í hraða (tíðni) og spennu dísilvélarinnar, sem getur leitt til stöðvunar.

Krafan um að leysa þetta innan 100 ms er til staðar vegna þess að díselrafstöðvar hafa mikla vélræna tregðu og hraðastýringarkerfi þeirra bregðast hægt við (venjulega innan við nokkrar sekúndur). Þær geta ekki treyst á sjálfar sig til að bæla hratt niður þetta rafmagnsbakflæði. Verkefnið verður að vera meðhöndlað af afar hraðvirku orkuumbreytingarkerfi (PCS) orkugeymslukerfisins.

Lausn:

• Kjarnaregla: „Dísel leiðir, geymsla fylgir.“ Í öllu kerfinu virkar díselrafstöðin sem spennu- og tíðniviðmiðunargjafi (þ.e. V/F stjórnhamur), svipað og „netið“. Orkugeymslukerfið starfar í stjórnham fyrir stöðuga orku (PQ), þar sem úttaksafl þess er eingöngu ákvarðað með skipunum frá aðalstýringu.
• Stjórnunarrökfræði:
  1. Rauntímaeftirlit: Kerfisstjórinn (eða geymslu-PCS-ið sjálft) fylgist með úttaksaflinu (P_dísel) og stefnu díselrafstöðvarinnar í rauntíma á mjög miklum hraða (t.d. þúsund sinnum á sekúndu).
  2. Orkustillit: Orkustillitið fyrir orkugeymslukerfið (P_set) verður að uppfylla:P_load(heildarafl álags) =P_dísel+P_set.
  3. Hraðstilling: Þegar álagið minnkar skyndilega og veldur þvíP_díselTil að stefna í neikvæða átt verður stjórntækið, innan fárra millisekúndna, að senda skipun til geymslueiningarinnar (PCS) um að draga strax úr útskriftarorku sinni eða skipta yfir í hleðslu. Þetta gleypir umframorku í rafhlöðurnar og tryggir aðP_díselhelst jákvætt.
• Tæknilegar öryggisráðstafanir:
  • Háhraða samskipti: Háhraða samskiptareglur (t.d. CAN-rúta, hraðvirkt Ethernet) eru nauðsynlegar milli díselstýringarinnar, geymslu-PCS og kerfisaðalstýringar til að tryggja lágmarks töf á skipunum.
  • Hraðsvörun PCS: Nútíma PCS geymslueiningar hafa svörunartíma sem eru mun hraðari en 100 ms, oft innan við 10 ms, sem gerir þær að fullu færar um að uppfylla þessa kröfu.
  • Óþarfa vernd: Fyrir utan stjórntenginguna er venjulega sett upp öfug aflgjafaröryggisrofi við útgang díselrafstöðvarinnar sem lokahindrun fyrir vélbúnaðinn. Hins vegar getur virknitími þess verið nokkur hundruð millisekúndur, þannig að það þjónar fyrst og fremst sem varavörn; kjarnahraðvörnin byggir á stjórnkerfinu.

2. Stöðug afköst

Lýsing á vandamáli:
Díselvélar starfa með hámarks eldsneytisnýtni og lægstu losun innan álagsbils sem er um það bil 60%-80% af nafnafli þeirra. Lítið álag veldur „blautum uppsöfnun“ og kolefnisuppsöfnun, en mikið álag eykur eldsneytisnotkun verulega og styttir líftíma. Markmiðið er að einangra dísilolíuna frá sveiflum í álaginu og halda henni stöðugri við skilvirkt stillingarpunkt.

Lausn:

• Stjórnunaraðferð fyrir „tindaskerun og dalfyllingu“:
  1. Stillt grunnpunkt: Díselrafstöðin er knúin með fastri afköstum sem eru stillt á bestu nýtnipunkti (t.d. 70% af nafnafli).
  2. Geymslureglugerð:
     • Þegar álagsþörf > dísilstillingarpunktur: Ófullnægjandi afl (P_hleðsla - P_dísel_sett) er bætt við með útskrift orkugeymslukerfisins.
     • Þegar álagsþörf < dísilstillingarpunktur: Umframafl (P_dísel_sett - P_hleðsla) er frásogað við hleðslu orkugeymslukerfisins.
• Kostir kerfisins:
  • Díselvélin gengur stöðugt með mikilli afköstum og mjúklega, sem lengir líftíma hennar og lækkar viðhaldskostnað.
  • Orkugeymslukerfið jafnar út miklar sveiflur í álaginu og kemur í veg fyrir óhagkvæmni og slit sem stafar af tíðum breytingum á dísilálagi.
  • Heildareldsneytisnotkun minnkar verulega.

3. Skyndileg aftenging orkugeymslu

Lýsing á vandamáli:
Orkugeymslukerfið gæti skyndilega dottið úr sambandi vegna bilunar í rafhlöðu, bilunar í kerfisstýringu eða vegna útfellinga á varnarbúnaði. Orkan sem geymslan notaði áður (hvort sem hún var að framleiða eða nota) flyst samstundis alfarið yfir í díselrafstöðina, sem veldur gríðarlegu orkuskoti.

Áhætta:

• Ef geymslan var að tæma rafmagnið (styður álagið), þá flytur aftenging hennar allt álagið yfir á dísilvélina, sem gæti valdið ofhleðslu, tíðni (hraði) lækkun og öryggisstöðvun.
• Ef geymslan var að hlaða (taka í sig umframorku), þá skilur aftenging hennar umframorka dísilvélarinnar eftir hvergi að fara, sem gæti valdið öfugum afli og ofspennu, sem einnig veldur stöðvun.

Lausn:

• Varaafköst dísilrafstöðvar: Díselrafstöðin má ekki eingöngu vera stærðuð fyrir bestu nýtni. Hún verður að hafa kraftmikla varaaflsgetu. Til dæmis, ef hámarksálag kerfisins er 1000 kW og dísilvélin er 700 kW, þá verður afköst dísilvélarinnar að vera meiri en 700 kW + stærsta mögulega þrepaálag (eða hámarksafl geymslunnar), t.d. ef 1000 kW eining er valin, sem veitir 300 kW biðminni ef geymslubilun á sér stað.
• Hraðvirk hleðslustýring:
  1. Rauntímaeftirlit með kerfi: Fylgist stöðugt með stöðu og aflgjafa geymslukerfisins.
  2. Bilanagreining: Þegar skyndileg rof á geymslu greinist sendir aðalstýringin strax merki um hraða álagslækkun til díselstýringarinnar.
  3. Viðbrögð dísilvélarinnar: Díselstýringin bregst strax við (t.d. með því að draga hratt úr eldsneytisinnspýtingu) til að reyna að lækka aflið til að passa við nýja álagið. Snúningsgetan kaupir tíma fyrir þessi hægari vélrænu viðbrögð.
• Síðasta úrræðið: Álagsrof: Ef rafstuðurinn er of mikill fyrir dísilvélina til að ráða við, þá er áreiðanlegasta vörnin að losa sig við óviðeigandi álag, með forgangsröðun á öryggi viðkvæmra álags og rafstöðvarinnar sjálfrar. Álagsrofskerfi er nauðsynleg verndarkrafa í kerfishönnun.

4. Vandamál með viðbragðsafl

Lýsing á vandamáli:
Launafl er notað til að mynda segulsvið og er nauðsynlegt til að viðhalda spennustöðugleika í riðstraumskerfum. Bæði díselrafstöðin og geymslueiningin (PCS) þurfa að taka þátt í stjórnun á lausaflinu.

• Díselrafstöð: Stýrir virkjunarorku og spennu með því að stilla örvunarstrauminn. Virkjunarorkugeta hennar er takmörkuð og viðbrögð hennar eru hæg.
• Geymslu-PCS: Flestar nútíma PCS-einingar eru fjögurra fjórðunga, sem þýðir að þær geta sjálfstætt og hratt dælt inn eða tekið upp hvarfgjarnt afl (að því gefnu að þær fari ekki yfir sýnilegt afl sitt í kVA).

Áskorun: Hvernig á að samhæfa hvort tveggja til að tryggja stöðugleika spennu kerfisins án þess að ofhlaða hvoruga eininguna.

Lausn:

• Stjórnunaraðferðir:
  1. Dísel stýrir spennu: Díselrafstöðin er stillt á V/F ham, sem ber ábyrgð á að ákvarða spennu- og tíðniviðmiðun kerfisins. Hún veitir stöðuga „spennugjafa“.
  2. Geymsla tekur þátt í viðbragðsstjórnun (valfrjálst):
     • PQ-stilling: Geymslan meðhöndlar aðeins virka orku (P), með viðbragðsafli (Q) stillt á núll. Díselvélin sér um allt virkt afl. Þetta er einfaldasta aðferðin en hún er þung fyrir díselvélina.
     • Stilling fyrir hvarfgjörn afls: Kerfisstjórinn sendir skipanir fyrir hvarfgjörn afl (Q_set) til geymslunnar PCS byggt á núverandi spennuskilyrðum. Ef kerfisspennan er lág skal skipa geymslunni að dæla inn hvarfgjörnu afli; ef hún er há skal skipa henni að taka upp hvarfgjörnu afli. Þetta léttir álagið á dísilvélina og gerir henni kleift að einbeita sér að virku afli, en veitir fínni og hraðari spennustöðugleika.
     • Stýrihamur fyrir aflstuðul (PF): Markmið fyrir aflstuðul (t.d. 0,95) er stillt og geymslan stillir sjálfkrafa viðbragðsúttak sitt til að viðhalda stöðugum heildaraflsstuðli við tengi díselrafstöðvarinnar.
• Afkastageta: Geymslueiningin verður að vera stærð með nægilegri sýnilegri afkastagetu (kVA). Til dæmis getur 500 kW eining sem framleiðir 400 kW af virku afli veitt að hámarkifermetrar (500² - 400²) = 300 kVAraf launaflinu. Ef þörfin fyrir launafl er mikil þarf stærri PCS.

Yfirlit

Að ná stöðugri tengingu milli díselrafstöðvar og orkugeymslu veltur á stigveldisstýringu:

1. Vélbúnaðarlag: Veldu hraðvirkt geymslu-PCS og stýringu fyrir díselrafstöð með háhraða samskiptaviðmótum.
2. Stýrilag: Notið grunnarkitektúr þar sem „Dísel stillir spennu/fjölda, geymsla sér um pökkun/samræmingu“. Háhraða kerfisstýring framkvæmir rauntíma aflsúthlutun fyrir virka afls „toppröðun/dalfyllingu“ og stuðning við hvarfgjarnt afl.
3. Verndarlag: Kerfishönnunin verður að innihalda ítarlegar verndaráætlanir: öfug aflsvörn, ofhleðsluvörn og álagsstýringaraðferðir (jafnvel álagslosun) til að takast á við skyndilega aftengingu geymslu.

Með lausnunum sem lýst er hér að ofan er hægt að taka á fjórum lykilatriðum sem þú nefndir á áhrifaríkan hátt til að byggja upp skilvirkt, stöðugt og áreiðanlegt dísil-orkugeymslukerfi með blendingakerfi.